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Die
vorliegende Erfindung betrifft modifizierte Polyolefine mit besonderem
Eigenschaftsprofil, die auf Basis von teilkristallinen Polyolefinen
mit ataktischen Strukturelementen hergestellt werden, ein Verfahren
zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung, insbesondere als Klebstoff
bzw. als Bestandteil von Klebstoffen.
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Amorphe
Poly-alpha-Olefine dienen vielfach als Klebrohstoffe für
eine breite Palette von Anwendungen. Der Einsatzbereich erstreckt
sich vom Hygienesektor über Laminierungen und Verpackungskleber
bis zum konstruktiven Kleben und Verwendungen in der Holzverarbeitung.
Unmodifizierte amorphe Poly-alpha-Olefine (sog. APAOs) zeichnen
sich dabei durch eine rein physikalische Härtung aus, die
auf Grund ihres thermoplastischen Charakters beliebig reversibel
ist. Sie weisen allerdings nur begrenzte Zug- und Klebscherfestigkeiten
sowie eine relativ niedrige Wärmestandfestigkeit auf. Außerdem
lässt sich mit ihnen keine kovalente Einbindung reaktiver Oberflächengruppen
(wie z. B. -OH) in eine Verklebung erreichen.
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Die
beschriebenen Nachteile unmodifizierter APAOs lassen sich durch
eine nachträgliche Funktionalisierung (Modifizierung) beheben,
wobei vor allem Carbonsäuren bzw. Carbonsäurederivate
und/oder Silane zur Modifizierung eingesetzt werden.
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Die
Herstellung silanmodifizierter Polyolefine durch Umsetzung von Polyethylen
mit ungesättigten Silanen ist seit langem bekannt. Schon
in
EP 0004034 wird eine
Methode zur Vernetzung von Poly(a-Olefinen) mit Hilfe von Silanverbindungen
beschrieben, wobei möglichst hohe Vernetzungsgrade erzielt
werden sollen. Die Vernetzung erfolgt unmittelbar nach dem Pfropfen
und führt zu steifen, hochfesten Materialien mit niedriger
Versprödungstemperatur, wie sie z. B für die Herstellung
von Kabelummantelungen und/oder Formkörpern verwendet werden.
Als Klebstoffe lassen sich die beschriebenen Polymere nicht einsetzten.
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In
der
DE 1963571 , der
DE 2353783 und der
DE 2406844 werden Verfahren
zur Vernetzung von Polyethylenpolymeren bzw. Ethylen-Mischpolymerisaten,
die geringe Mengen an Propen und/oder 1-Buten enthalten, beschrieben.
Zielprodukte sind vernetzte Formkörper auf Polyethylenbasis.
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In
der
DE 2554525 und der
DE 2642927 werden Verfahren
zur Herstellung von stranggepressten Produkten inkl. der Silanfunktionalisierung
eines Polymers, der Einarbeitung eines Silanol-Kondensationskatalysators
sowie der Formgebung und Vernetzung des Polymers, in einem Arbeitsschritt,
durch Verwendung eines Extruders beschrieben. Als Endanwendungen
werden Kabel, Rohre und Schläuche genannt. Mit den auf
diese Weise hergestellten Polymeren sind keine Verklebungen möglich,
auch ist die gesamte Weiterverarbeitung auf Grund der unmittelbar
nach der Modifizierung durchgeführten Vernetzung nur sehr
eingeschränkt möglich.
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Ebenfalls
seit langem bekannt ist die Möglichkeit, durch das Einführen
von Silangruppen in Polyolefine die Haftung auf funktionellen Oberflächen wie
z. B. Glas zu verbessern. So werden bereits in der
US 3,075,948 Pfropfpolymere bestehend
aus ungesättigten Silanmonomeren und festen Polyalpha-Olefinen)
mit 2-6 Kohlenstoffatomen beschrieben, die einen verbesserten Wärmestand
und eine gute Haftung auf Glas aufweisen sollen. Die erhaltenen
modifizierten Polymere werden für die Herstellung von Formteilen
und Behältern sowie als Beschichtung von Glasbehältern
eingesetzt, für den Einsatz als Schmelzklebstoffe eignen
sie sich auf Grund des vollständig unterschiedlichen Anforderungsprofils
(Schmelzviskosität, Materialsteifigkeit im unvernetzten
Zustand usw.) nicht.
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Auch
der Einsatz von amorphen Poly(alpha-Olefinen) für die Silanvernetzung
ist bereits bekannt. So werden beispielsweise in der
EP 0260103 amorphe silanmodifizierte
Polymere mit gesättigtem Kohlenstoff-Gerüst und
niedrigem Molekulargewicht beschrieben, die als Beschichtungsmittel
zum Schutz vor Witterungseinflüssen eingesetzt werden.
Als Beispiele für solche Polymere werden Copolymere von Ethylen
und/oder α-Olefinen genannt, insbesondere EPM und EPDM.
Die beschriebenen Basispolymere sind amorph und gummiartig und weisen
eine hohe Elastizität auf. Auf Grund ihres gummiartigen
Charakters ist die Verarbeitbarkeit im unvernetzten Zustand schlecht.
Für die in der vorliegenden Anmeldung beabsichtigten Anwendungen
im Kleb- und Dichtstoffbereich sind die Produkte nicht geeignet.
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In
der
DE 4000695 wird
die Verwendung weitgehend amorpher Poly(alpha-Olefine) in einem Verfahren
beschrieben, in welchem die APAOs mit einem Radikalspender und optional
zusätzlich pfropffähigen Monomeren (z. B. Vinylsilanen)
bei gleichzeitiger Scherbelastung umgesetzt werden. Die erhaltenen
Produkte eignen sich für den Einsatz als Teppichbeschichtungsmassen
oder als Schmelzklebstoffe. Die zur Herstellung der modifizierten
Poly(alpha-Olefine) eingesetzten weitgehend amorphen Polyolefine
weisen allerdings selbst (d. h. im unmodifizierten Zustand) nur
schlechte bis mäßige Material- bzw. Klebeigenschaften,
insbesondere nur geringe Klebscherfestigkeiten auf unbehandeltem
isotaktischen Polypropylen sowie nur geringe Zugfestigkeiten auf,
so dass auch die modifizierten Polymere nur für Anwendungen
mit geringen Anforderungen geeignet sind. Insbesondere weisen die
unmodifizierten vorwiegend amorphen Polyolefine eine hohe Polydispersität
auf, was zu Nachteilen bei der Materialkohäsion sowie zu
Problemen mit ausgasenden niedermolekularen Bestandteilen führt.
Auch ist die Mikrostruktur der Polymerketten u. a. auf Grund der
zur Herstellung der unmodifizierten Polyolefine verwendeten heterogenen
Polymerisationskatalysatoren wenig definiert, so dass eine gezielte
Anpassung auf besondere Material- bzw. Klebanforderungen nur schwer
möglich ist. Hinzu kommt, dass die modifizierten Polymere
nur über eine niedrige Funktionalisierung verfügen,
da das Verhältnis von Pfropfpolymerisation zu Kettenspaltung
ungünstig ist. Auf Grund der niedrigen Funktionalisierung
verläuft die Vernetzungsreaktion langsam, die Anbindung
an reaktive Oberflächen ist nur relativ schwach ausgeprägt.
Hinzu kommt, dass die Zugfestigkeit sowohl des unvernetzten als
auch des vernetzten modifizierten Polyolefins nur relativ geringe
Werte erreicht, wodurch die Produkte von vielen Anwendungsbereichen
ausgeschlossen bleiben.
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In
der
JP 2003-002930 werden
Pfropfpolymere aus amorphen Poly(α-Olefin)en, ungesättigten Carbonsäuren
und optional zusätzlich ungesättigten aromatischen
Substanzen (z. B. Styrol) hergestellt. Die verwendeten Polyolefine
sind amorph und weisen in DSC-Messungen keine Kristallinität > 1 J/g auf. Feuchtigkeitsvernetztende
Monomer-Systeme wie z. B. Vinyl-Silane werden nicht diskutiert,
die gepfropften Polyolefine weisen auf Grund der Eigenschaften ihres
Basispolymers und der verwendeten Pfropfmonomere nicht die gewünschten
Materialparameter auf, insbesondere sind sie zu weich, weisen nur
einen geringen Wärmestand auf und zeigen eine zu geringe
Zugfestigkeit.
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In
der
WO 03/070786 werden
ein Verfahren zur Herstellung modifizierter Poly(1-buten)-Polymere,
die daraus erhältlichen modifizierten Poly(1-buten)-Polymere,
sowie eine die modifizierten Poly(1-buten)-Polymere enthaltende
Klebstoffzusammensetzung beschrieben. Dabei weist das für
die Modifikation verwendete Poly(1-buten)-Basispolymer einen Schmelzpunkt
im Bereich von 0 bis 100°C, einen Isotaktizitätsindex
von < 20% sowie
eine Polydispersität von < 4.0
auf. Als Pfropfmonomere werden ungesättigte Carbonsäuren,
Carbonsäureanhydride bzw. entsprechende Derivate wie Amide,
Ester usw. genannt.
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Feuchtigkeitsvernetzende
Monomere wie z. B. Vinylsilane werden nicht beschrieben. Die hergestellten
modifizierten Polymere sind auf Grund ihrer geringen Kristallinität
relativ weich und eher wachsartiger Natur. Der niedrige Schmelzpunkt
bewirkt eine schlechte Wärmestandfestigkeit der Klebverbindungen.
Die Polymere sind nicht für die in der vorliegenden Anmeldung
beabsichtigten Anwendungen geeignet.
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In
der
WO 2006/069205 werden
modifizierte Polyolefine auf Basis von niederviskosen Polypropylenpolymeren
mit einem Propylenanteil von > 50 mol-%
und einem Anteil an isotaktischen Propylentriaden von > 85% beschrieben, die
u. a. auch über eine radikalischen Pfropfpolymerisation
hergestellt werden können. Aufgrund der Materialeigenschaften der
verwendeten Basispolymere sind die erhalten Produkte nicht für
die in der vorliegenden Anmeldung beabsichtigten Einsatzgebiete
geeignet.
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In
der
WO 2007/067243 werden
durch Carbonsäuren funktionalisierte Polypropylenpolymere mit
hohem bis sehr hohem Propylenanteil (75–90 mol-%) beschrieben,
die auf Basis von propylenbasierten Homo- und/oder Copolymeren mit
einer gewichtsmittleren Molmassen von < 100.000 g/mol, einem Schmelzpunkt
von < 157°C
und einer Schmelzviskosität bei 190°C von < 40.000 cPs bei
Reaktionstemperaturen von 130–165°C hergestellt
werden.
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Feuchtigkeitsvernetzende
Systeme wie z. B. auf Basis von Silanen werden nicht beschrieben.
Auf Grund der verwendeten Basispolymere und der verwendeten Pfropfmonomere
sind die beschriebenen Produkte nicht für die in der vorliegenden
Anmeldung beabsichtigten Einsatzgebiete geeignet.
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In
der
WO 91/06580 werden
silanmodifizierte ungesättigte amorphe Polymere beschrieben,
die im vernetzten Zustand z. B. als Formkörper eingesetzt
werden können. Als weitere Anwendungsbeispiele für
die silanmodifizierten Polymere werden Klebstoffzusammensetzungen,
auch von Schmelzklebstoffen genannt. Als Beispiele für
ungesättigte Basis-Polymere werden gummiartige Polymere,
wie z. B. Styrol-Butadien-Blockcopolymere (SBS), Styrol-Isopren-Blockcopolymere
(SIS), Styrol-Butadien-Rubber (SBR), Nitril-Rubber, Polychloropren-Rubber
und Butyl-Rubber genannt. Alle genannten Basispolymere weisen eine
Gummielastizität (d. h. auch schlechte Verarbeitbarkeit)
bzw. andere negative Materialeigenschaften (wie z. B. schlechte
Wärmestandfestigkeiten) auf, die sie für Schmelzkleberanwendungen
ungeeignet machen.
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Der
Einsatz silanmodifizierter Polymere in Heißschmelzklebstoffen
ist ebenfalls bekannt. So wird beispielsweise in der
WO 89/11513 eine Klebstoffzusammensetzung
beschrieben, die mindestens ein silanmodifiziertes bzw. silangepfropftes
teilkristallines Polymer enthält. Als Basispolymere werden
dabei insbesondere Homo-, Co- und Terpolymere von C
2-6α-Olefinen
sowie isotaktische Polypropylenpolymere und Blends von Polypropylenen,
insbesondere wenn sie auch ataktisches Polypropylen enthalten, genannt.
Die Pfropfreaktion läuft dabei bei Temperaturen von 140
bis 250°C ab. Ataktisches Polypropylen ohne definierte
Polymermikrostruktur weist von sich aus einen sehr niedrigen Erweichungspunkt
auf [siehe z. B.:
H.-G. Elias; Makromoleküle; Bd.
III; Wiley-VCH: Weinheim; 2001]. Die in der
WO 89/11513 beschriebene Verfahrensweise
führt zu Produkten mit unbefriedigenden Materialeigenschaften,
insbesondere im Hinblick auf die Kohäsion, Adhäsion (Klebscherfestigkeit)
und den Wärmestand im unvernetzten Zustand (z. B. unmittelbar
nach der Applikation). Die Einstellung von Viskosität,
Schmelzverhalten und „Tack” der Klebzusammensetzung
wird ursächlich auf die Verwendung längerkettiger
(≥ 3 Verbindungsatome zwischen Si-Atom und der Polymerkette)
Silanmonomere zurückgeführt, die zu einer „offeneren
Struktur” führen sollen. Die Verwendung von längerkettigen
Silanmonomeren ist in sofern nachteilig, als sie zu einer schwächeren
Vernetzung durch einen höheren Polymerisationsgrad der
Netzketten (d. h. der monomeren Grundeinheiten zwischen zwei Vernetzungsstellen)
führt, was zusätzlich nachteilig auf die Materialeigenschaften
des Pfropfpolymers auswirkt.
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In
der
DE 19516457 wird
eine vernetzbare Klebstoffzusammensetzung bestehend aus mindestens
50 ma-% eines silangepfropften Polyolefins und zusätzlich
eines carbonsäuregepfopften Polyolefins beschrieben. Als
Basispolymere für die Pfropfung werden Poyl(ethylen-co-vinylacetat),
Polypropylen, Polyethylen, Poly(ethylen-co-methacrylat) und Poly(ethylen-co-methacrylsäure)
genannt. Auf Grund der verwendeten Basispolymere und der verwendeten
Pfropfmonomere sind die beschriebenen Produkte nicht für
die gewünschten Einsatzgebiete geeignet.
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In
der
EP 1508579 werden
(Silan-)modifizierte kristalline Polyolefinwachse mit hohem Propylenanteil
beschrieben. Aufgrund ihrer wachsartigen Eigenschaften und den daraus
resultierenden schlechten Klebeigenschaften sind die beschriebenen
Polymere für die beabsichtigten Einsatzgebiete nicht geeignet.
Eine hohe Funktionalisierung gemäß den vorliegenden
Anforderungen ist auf Grund der Materialeigenschaften der eingesetzten
Basispolymere nicht zu erreichen.
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In
der
WO 2007/001694 werden
Klebstoffzusammensetzungen beschrieben, die funktionalisierte Polymere
(bevorzugt Maleinsäureanhydrid-gepfropfte Propylenpolymere)
enthalten. Bei den eingesetzten Basispolymeren handelt es sich um
Propylen(co)polymere mit hohen isotaktischen Anteilen (> 75% isotaktische Triaden)
und einer Polydispersität von 1,5 bis 40, also überwiegend
kristalline Polymeren, die eine sehr breite Molmassenverteilung
besitzen, wie sie normaler Weise nur bei multimodal verteilten Polymeren
erreichbar ist. Die gewichtsmittlere Molmasse der bevorzugt eingesetzten
Polymere liegt bei bis zu 5.000.000 g/mol, also überwiegend
im Bereich sehr hoher Molmassen bzw. Schmelzviskosität, was
ebenfalls durch den angegebenen Grenzwert für den Schmelzindex
von 0,2 g/10 min zum Ausdruck kommt. Polymere mit sehr breiter Molmassenverteilung,
insbesondere mit einer Molmassenverteilung von > 4 zeigen aber bei radikalisch initiierten
Pfropfreaktionen eine sehr ungleichmäßige Verteilung
von funktionellen Gruppen auf den Polymerketten. Insbesondere enthalten
die gepfropften Polymere sehr hohe Anteile an kurzen Ketten ohne
funktionelle Gruppe bzw. mit nur einer oder maximal zwei funktionellen
Gruppe, die entweder gar keine reaktive Anbindung ermöglichen
(ohne funktionelle Gruppe), oder aber nicht zur Ausbildung von dreidimensionalen
Netzwerken befähigt sind. Dies wiederum führt sowohl
zu einer schlechten Adhäsion wie auch zu einer schlechteren
Kohäsion. Polymere mit sehr hohen Molmassen und sehr hoher
Schmelzviskosität sind zudem insbesondere in Schmelzeprozessen schlecht
zu verarbeiten und weisen auf Grund des großen Viskositätsunterschiedes
eine schlechte Mischbarkeit mit Monomeren und Radikalstartern auf,
was zu inhomogenen Produkten mit schlechtem Eigenschaftsprofil führt.
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In
der
WO 2007/002177 werden
Klebstoffzusammensetzungen auf Basis von Poly(propylen)-random-Copolymeren,
funktionalisierten Polyolefincopolymeren die reich an syndiotaktischen
Einheiten sind, und nicht funktionalisierten Klebharzen beschrieben,
wobei die Poly(propylen)-random-Copolymere eine Schmelzenthalpie
von 0,5 bis 70 J/g und einen Anteil isotaktischer Propylentriaden
von mindestens 75% (besonders bevorzugt > 90%) aufweisen, und die verwendeten funktionalisierten
(syndiotaktischen) Polymere einen Gehalt an funktionellen Monomereinheiten
von mindestens 0,1% aufweisen und mit einem Anteil von < 5 ma-% in der Klebstoffzusammensetzung
vorhanden sind. Die beschriebenen Poly(propylen)-random-Copolymeren weisen
eine Polydispersität mit 1,5 bis 40 auf, was auf eine multimodale
Molmassenverteilung und die gleichzeitige Anwesenheit mehrere Katalysatorspezies
hindeuten. In die gleiche Richtung deutet der angegebene Schmelzbereich
von 25 bis 105°C der mehrere Schmelzpeaks unterschiedlicher
Intensität aufweist, wobei die angegebene Grenze von 105°C einen
für Polypropylenpoylmere, insbesondere für isotaktische
Poylpropylenpolymere unüblich niedrigen Wert aufweist.
Polymere mit sehr breiter Molmassenverteilung, insbesondere mit
einer Molmassenverteilung von > 5
zeigen bei radikalisch initiierten Pfropfreaktionen eine sehr ungleichmäßige
Verteilung von funktionellen Gruppen auf den Polymerketten. Insbesondere
enthalten die gepfropften Polymere sehr hohe Anteile an kurzen Ketten
ohne funktionelle Gruppe bzw. mit nur einer oder maximal zwei funktionellen
Gruppe, die entweder gar keine reaktive Anbindung ermöglichen
(ohne funktionelle Gruppe), oder aber nicht zur Ausbildung von dreidimensionalen
Netzwerken befähigt sind. Dies wiederum führt
sowohl zu einer schlechten Adhäsion wie auch zu einer schlechteren
Kohäsion. Die genannte Obergrenze für den Schmelzbereich
sorgt für eine niedrige Wärmestandfestigkeit der
entsprechenden Verklebungen.
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In
der
WO 2007008765 wird
der Einsatz von niedrigviskosen silangepfropften Poly(ethylen-co-1-olefin)-Polymeren
als Klebrohstoff beschrieben. Die Polymere, die zur Modifizierung
eingesetzt werden, weisen einen Ethylengehalt von mindestens 50
mol-% Ethylen auf. Als 1-Olefin-Comonomere werden zahlreiche höhere
1-Olefin wie z. B. 1-Hexen und 1-Octen aber auch einige verzweigte
1-Olefine wie z. B. 3-Methyl-1-penten sowie diverse weitere Monomere,
wie z. B. Diene, Styrol usw. genannt, die die vorherige Anforderung „1-Olefin” nicht
erfüllen, und somit zu Polymeren mit vollständig
unterschiedlichen Materialeigenschaften führen. Insbesondere Dienpolymere
neigen beim Einsatz in peroxidischen Prozessen zur Vernetzung und
Ausbildung von Gelteilchen. Dies wird verstärkt durch die
erfindungsgemäße Anwesenheit von Vinylendgruppen
in den Basispolymeren. Die silangepfropften Polymere weisen sehr
niedrige Versagenstemperaturen von lediglich > 43°C (PAFT) bzw. > 60°C (SAFT)
auf. Die Verwendung von Polyolefinen mit hohem Ethylenanteil bedeutet
zwangsläufig das Vorhanden sein von langen Ethylenblöcken
im Polymer. Dies wiederum führt zu schlechten Benetzungs-
und Haftungseigenschaften auf vielen Kunststoffoberflächen,
so dass sehr viele Verklebungsprobleme nicht optimal gelöst
werden können. Zudem neigen lange Polyethylensequenzen
zur peroxidischen Vernetzung (was u. a. bei der Herstellung von
Kabelummantelungen technisch ausgenutzt wird), wodurch eine Gelbildung
unvermeidlich ist. Die ungepfropften Basispolymere weisen eine relativ
geringe Molmasse und Schmelzviskosität von maximal 50.000
cP bei 177°C auf. Bekannter Weise wird die Molmasse (und
damit auch die Schmelzviskosität) bei einer peroxidisch
induzierten Pfropfreaktion durch Kettenspaltung abgebaut. Entsprechende
Polymere mit hohen Funktionalisierungsraten weisen daher zwangsläufig
sehr niedrige Molmassen/Schmelzviskositäten auf, und sind
für viele Applikationsbereiche nicht geeignet. Die Verwendung
relativ niedermolekularer Basispolymere führt generell
zu eher geringen Funktionalisierungsraten. Ebenfalls beschrieben
werden Harzzusammensetzungen die bereits vernetzte Poly(ethylen-co-1-olefin)-Polymere
enthalten. Derartige gummiartige Bestandteile enthaltende Zusammensetzungen
sind für optisch anspruchsvolle Anwendungen nicht geeignet
(schlechte Oberflächenstruktur) und können außerdem
auf vielen im Klebstoffbereich üblichen Applikationsanlagen
(z. B. Schmelzesprühen) nicht verarbeitet werden (Verstopfung
der Applikationsdüsen). Die als Anwendung beschriebenen Schmelzkleber
weisen hauptsächlich niedrige Schmelzviskositäten
auf. Ebenfalls beschrieben wird der Einsatz von kristallinen und
teilkristallinen Poly(propylen-co-1-olefin)polymeren, die sich ebenfalls für
die Pfropfung eignen sollen. Diese weisen einen Propylengehalt von
mindestens 50 mol-%, sowie bevorzugt ebenfalls eine Schmelzviskosität
von maximal 50.000 cP bei 177°C (vor der Pfropfung und
nach der Pfropfung) sowie eine Polydispersität von 1 bis
5 auf. Als Beispiele für Poly(propylene-co-1-olefin)-Polymere
werden unter anderem Polymere der Produktreihen VISTAMAXX, LICOCENE,
Eastoflex, REXTAC und VESTOPLAST genannt. Teilkristalline Polyolefinpolymere
mit spezieller Mikrostruktur werden nicht beschrieben. Die Kristallinität
der Poly(propylen-co-1-olefin)copolymere wird mit 2–60%
(d. h. 3–100 J/g) angegeben, und liegt damit im Wesentlichen
im Bereich hoher Kristallinität. Dies wiederum bewirkt
eine schlechte Benetzung von, bzw. eine schlechte Adhäsion
auf Polyolefinoberflächen und schließt zahlreiche
Applikationsfelder aus.
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In
der
EP0827994 wird die
Verwendung von silangepfropften amorphen Poly(alpha-Olefinen) als feuchtigkeitsvernetztender
Klebrohstrohstoff oder Klebstoff beschrieben. Als Basispolymere
werden ataktisches Polypropylen (aPP), ataktisches Poly(1-buten)
oder vorzugsweise Co- bzw. Terpolymere aus C
4-C
10alpha-Olefinen (0–95 ma-%), Propen (5–100
ma-%) und Ethylen (0–20 ma-%) eingesetzt. Das in den Beispielen
dargestellte silanmodifizierte APAO weist einen Erweichungspunkt
von 98°C, eine Nadelpenetration von 15·0,1 mm
und eine Schmelzviskosität von 6000 mPa·s auf.
Die verwendeten ataktischen Polyolefine und APAOs weisen eine relativ
geringe Molmasse und eine relativ niedrige Kristallinität
auf, was bei der Modifizierung zu Produkten mit geringer Flexibilität
führt, die eine geringe Funktionalität und eine
geringe Zugfestigkeit besitzen, und daher für viele Anwendungen
nicht geeignet sind.
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Der
Einsatz von Metallocenverbindungen als Katalysator in der Olefinpolymerisation
ist ebenfalls lange bekannt.
Kaminsky et al. haben
gezeigt, dass sich das Katalysatorsystem Cyclopentadienylzirkoniumdichlorid/Methylaluminoxan
(Cp
2ZrCl
2/MAO) gut zur
Polymerisation eignet (
Adv. Organomet. Chem. 1980, 18, 99–149).
Seit dieser Zeit ist der Einsatz von Metallocenverbindungen in Verbindung
mit Methylaluminoxan (MAO) in Polymerisationsreaktionen weit verbreitet.
So gibt es eine Vielzahl von Veröffentlichungen die sich
mit der Metallocen-katalysierten Olefinpolymerisation, beispielsweise
von Propen, beschäftigen, wie z. B.
US 6,121,377 ,
EP 584 609 ,
EP 516 018 ,
WO 2000/037514 ,
WO 2001/46274 und
US 2004/0110910 .
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Bei
der Polymerisation von Propen bzw. seinen höheren Homologen,
kann es zur Bildung unterschiedlicher relativer Stereoisomerer kommen.
Die Regelmäßigkeit, mit der die konfigurativen
Repetiereinheiten in der Hauptkette eines Makromoleküls
aufeinanderfolgen, bezeichnet man als Taktizität. Zur Bestimmung
der Taktizität betrachtet man die Monomereinheiten einer
Polymerkette und stellt die relative Konfiguration jedes (pseudo)asymmetrischen
Kettenatoms relativ zum vorangegangenen fest. Von Isotaktizität
spricht man, wenn die hierbei festgestellte relative Konfiguration
aller (pseudo)asymmetrischen Kettenatome stets die gleiche ist,
d. h. die Kette aus nur einer einzigen konfigurativen Repetiereinheit
aufgebaut ist. Von Syndiotaktizität spricht man dagegen,
wenn die relative Konfiguration aufeinander folgender (pseudo)asymmetrischen
Kettenatome jeweils gerade entgegengesetzt ist, d. h. die Kette
alternierend aus zwei verschiedenen konfigurativen Repetiereinheiten
aufgebaut ist. Bei ataktischen Polymeren schließlich sind
die verschiedenen konfigurativen Repetiereinheiten entlang der Kette
zufällig angeordnet.
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Die
physikalischen Eigenschaften von Propylenpolymeren sind in erster
Linie von der Struktur der Makromoleküle und damit auch
von der Kristallinität, ihrem Molekulargewicht und der
Molekulargewichtsverteilung abhängig, und lassen sich durch
das verwendete Polymerisationsverfahren, sowie insbesondere den
verwendeten Polymerisationskatalysator beeinflussen [
R.
Vieweg, A. Schley, A. Schwarz (Hrsg); Kunststoff Handbuch; Bd. IV/"Polyolefine";
C. Hanser Verlag, München 1969].
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Auf
Basis ihrer Taktizität werden Polypropylenpolymere somit
in ataktische, isotaktische und syndiotaktische Polymere unterteilt.
Als Sonderformen kommen außerdem die sog. hemiisotaktischen Polypropylenpolymere
und die sog. Stereoblockpolymere hinzu. Bei letzteren handelt es
sich meist um Polymere mit isotaktischen und ataktischen Stereoblöcken,
die sich wie thermoplastische Elastomere verhalten, da eine physikalische
Vernetzung der Polymerketten stattfindet, die zu einer Verbindung
unterschiedlicher kristalliner Polymerregionen führt (A. F.
Mason, G. W. Coates in: „Macromolecular Engineering";
Wiley-VCH, Weinheim; 2007).
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Ataktisches
Polypropylen weist einen niedrigen Erweichungspunkt, eine niedrige
Dichte und eine gute Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln
auf. Klassisches ataktisches Polypropylen (aPP) zeichnet sich durch
eine sehr breite Molekulargewichtsverteilung aus, die einerseits
zu einem breiten Schmelzbereich führt, und andererseits
hohe niedermolekulare Anteile mit sich bringt, die mehr oder weniger
stark zur Migration neigen. aPP hat eine sehr geringe Zugfestigkeit
von ca. 1 MPa, weist aber andererseits eine sehr hohe Reißdehnung
von bis zu 2.000% auf (H.-G. Elias; Makromoleküle;
Bd. III; Wiley-VCH; Weinheim; 2001). Auf Grund des niedrigen
Erweichungspunktes ist die Wärmestandfestigkeit von aPP-Formulierungen
entsprechend niedrig, was zu einer starken Limitierung des Einsatzbereiches
führt. Rein ataktische Polypropylenpolymere lassen sich auch
durch Metallocenkatalyse herstellen, wobei sowohl sehr niedermolekulare
als auch höhermolekulare Polymere erhalten werden können
(L. Resconi in: „Metallocene based Polyolefins";
J. Scheirs, W. Kaminsky (Hrsg.); J. Wiley & Sons; Weinheim; 1999).
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Syndiotaktisches
Polypropylen ist hochtransparent und zeichnet sich durch eine gute
Wärmebeständigkeit aus, wobei die Schmelztemperatur
unter der von isotaktischem Polypropylen liegt. Es weist hohe Bruchfestigkeiten
bei moderater Reißdehnung auf (A. F. Mason, G.
W. Coates in „Macromolecular Engineering"; Wiley-VCH,
Weinheim; 2007). Nachteilig ist die in vielen Fällen
beobachtete langsame Kristallisation aus der Schmelze. Auf Grund
von physikalischen Verschlaufungen liegt die Schmelzeviskosität von
syndiotaktischem Polypropylen bei vergleichbarer Molmasse deutlich
höher als die von isotaktischem Polypropylen, d. h. man
kann mit deutlich geringeren Molmassen die gleiche Schmelzviskosität erreichen.
Syndiotaktisches und isotaktisches Polypropylen sind ab einer bestimmten
Molmasse nicht mischbar, entsprechende Polymerblends neigen zur Phasenseparation.
Polymerblends von syndiotaktischem Polypropylen mit anderen Polyolefinen
zeigen eine deutlich höhere Reißdehnung als Blends
mit isotaktischem Polypropylen (T. Shiomura, N. Uchikawa, T.
Asanuma, R. Sugimoto, I. Fujio, S. Kimura, S. Harima, M. Akiyama,
M. Kohno, N. Inoue in: „Metallocene based Polyolefins";
J. Scheirs, W. Kaminsky (Hrsg.); J. Wiley & Sons; Weinheim; 1999) Klassische
heterogene Ziegler-Natta-Katalysatoren sind nicht in der Lage syndiotaktisches
Polypropylen herzustellen.
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Isotaktisches
Polypropylen zeichnet sich durch eine hohe Schmelztemperatur und
gute Zugfestigkeit aus. Für 100%-ig isotaktisches Polypropylen
liegt die berechnete Schmelztemperatur bei 185°C und die
Schmelzenthalpie bei ca. 207 J/g (J. Bicerano; J. M. S.;
Rev. Macromol. Chem. Phys.; C38 (1998); 391ff). Als Homopolymer
weist es allerdings eine relativ geringe Kältebeständigkeit
sowie eine hohe Sprödigkeit und eine schlechte Heißsiegelbarkeit
beziehungsweise Verschweißbarkeit auf. Die Zugfestigkeit
(Bruch) liegt bei ca. 30 MPa, wobei so gut wie keine Reißdehnung
auftritt. Verbesserte Materialeigenschaften lassen sich durch Co-
bzw. Terpolymerisation mit Ethylen und 1-Buten einstellen, wobei
der Comonomergehalt für Copolymere mit Ethylen bei üblicher
Weise < 8 ma-%
und für Terpolymere mit Ethylen und 1-Buten bei < 12 ma-% liegt. (H.-G.
Elias; Makromoleküle; Bd. III; Wiley-VCH; Weinheim; 2001).
Bei gleichem MFR (Melt Flow Rate = Schmelzindex) zeigt isotaktisches
Polypropylen welches durch klassische heterogene Ziegler-Natta-Katalyse
hergestellt wurde, eine deutlich geringere Strukturviskosität
als Polypropylen welches durch Metallocenkatalyse hergestellt wurde.
Die Schlagzähigkeit des Metallocen-basierten Polymers liegt
in einem weiten Molmassenbereich über der des Ziegler-Natta-Materials.
(W. Spaleck in: „Metallocene based Polyolefins";
J. Scheirs, W. Kaminsky (Hrsg.); J. Wiley & Sons; Weinheim; 1999).
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Da
die Löslichkeit von Polypropylen sowohl vom Molekulargewicht
als auch von seiner Kristallinität abhängt, kann über
Lösungsversuche ein entsprechende Fraktionierung erfolgen
[A. Lehtinen; Macromol. Chem. Phys.; 195(1994); 1539ff].
Bezüglich der Löslichkeit von Polypropylenpolymeren
in aromatischen Lösungsmitteln und/oder Ethern gibt es
zahlreiche Publikationen in der wissenschaftlichen Literatur. So
wurde beispielsweise gefunden, dass der Anteil von xylollöslichen
Bestandteilen bei isotaktischem Poly(propylen)-Homopolymer, welches durch
Metallocenkatalyse gewonnen wurde, bei deutlich < 1 ma-% liegt, bei random-Copolymeren
mit Ethylen werden je nach Ethylenanteil xylollösliche Anteile
von maximal 5 ma-% gefunden (W. Spaleck in: „Metallocene
based Polyolefins"; J. Scheirs, W. Kaminsky (Hrsg.); J.
Wiley & Sons;
Weinheim; 1999).
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Es
ist seit langem bekannt, dass sich mittels Extraktion mit Ether
amorphe ataktische Anteile [J. Boor; „Ziegler-Natta
Catalysts and Polymerization"; Academic Press; New York;
1979] und niedermolekulare Anteile mit geringer Kristallinität
[G. Natta, I. Pasquon, A. Zambelli, G. Gatti; Makromol.
Chem.; 70 (1964); 191ff] aus Polypropylenpolymeren erhalten lassen.
Hoch kristalline isotaktische Polymere haben hingegen eine sehr
geringe Löslichkeit sowohl in aliphatischen Lösungsmitteln
wie auch in Ethern und zwar auch bei erhöhter Temperatur
[B. A. Krentsel, Y. V. Kissin, V. I. Kleiner, L. L. Stotskaya; „Polymers
and Copolymers of higher 1-Olefins"; S. 19/20; Hanser Publ.;
München; 1997]. Die löslichen Polymeranteile weisen
im Allgemeinen keine bzw. nur eine sehr geringe Kristallinität
auf, und zeigen keinen Schmelzpunkt [Y. V. Kissin; „Isospecific
polymerization of olefins"; Springer Verlag; New York;
1985]. In Tetrahydrofuran lösliche Polypropylenoligomere
weisen sehr geringe zahlenmittlere Molmassen von deutlich kleiner
als 1500 g/mol auf [H. EI Mansouri, N. Yagoubi, D. Scholler,
A. Feigenbaum, D. Ferrier; J. Appl. Polym. Sci.; 71 (1999); 371ff].
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Die
verschiedenen Polymertypen unterscheiden sich wesentlich in ihren
Materialeigenschaften. Die Kristallinität von hoch isotaktischen
bzw. syndiotaktischen Polymeren ist auf Grund ihrer hohen Ordnung
sehr hoch. Ataktische Polymere weisen hingegen einen höheren
amorphen Anteil und demzufolge eine niedrigere Kristallinität
auf. Polymere mit hoher Kristallinität zeigen viele Materialeigenschaften, die
insbesondere im Bereich der Heißschmelzklebstoffe unerwünscht
sind. So führt beispielsweise eine hohe Kristallinität
bei niedermolekularen Polymeren zu einer sehr schnellen Kristallisation
mit offenen Zeiten („offene Zeit” = Zeitspanne
in der die zu verklebenden Teile miteinander verbunden werden können)
von teilweise weniger als einer Sekunde. Dies führt bei
der Applikation (z. B. bei Düsen-Applikation durch Versprühen)
bereits bei geringsten Temperaturschwankungen zur Verstopfung des
verwendeten Applikationsequipments, und damit zu einer sehr schlechten
Prozessstabilität. Hinzu kommt die äußerst
kurze Zeitspanne, in der nach der Applikation das Fügen
der Klebverbindung erfolgen kann. Hochkristalline Polymere sind
zudem bei Raumtemperatur hart, spröde und weisen nur eine
sehr geringe Flexibilität auf, was bei Verklebungen ebenfalls
unerwünscht ist. Hinzu kommt, dass für das Aufschmelzen
von hochkristallinen Polymeren punktuell (am Ort des Eintrages)
sowie über das gesamte Leitungssystem sehr hohe Energiemengen
benötigt werden, was neben ökonomischen Effekten
auch negative Folgen für die Prozessfähigkeit
hat. Weiterhin kommt es bei hoch kristallinen Polymeren unterhalb
des Schmelzpunktes (welcher bei Vermessung mittels Differentialkalorimetrie
(DSC) durch einen scharfen Schmelzpeak in der 2. Aufheizung gekennzeichnet ist),
zur spontanen (sofortigen) Verfestigung, was die Verarbeitbarkeit
solcher Polymere bzw. der auf Basis solcher Polymere hergestellten
Produkte unmöglich macht bzw. stark erschwert.
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Die
Herstellung von Poly-1-olefinen mit isotaktischen Propylensegmenten
durch Verwendung von Metallocenkatalysatoren ist bekannt.
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So
beschreibt beispielsweise die
EP0384264 substituierte
und unsubstituierte Bisindenylzirkonocene mit stark variierenden
Verbrückungselementen für die Herstellung von
Polypropylenwachsen mit einem Propylenanteil von 80 bis 99,75 ma-%.
Die beschriebenen isotaktischen kristallinen Wachse sind auf Grund
ihrer hohen Kristallinität, ihrer Härte sowie
der schlechten Klebperformance in Formulierungen nicht für
die in der vorliegenden Anmeldung beabsichtigten Verwendungen geeignet.
Eine Modifizierung unter Verwendung der radikalischen Pfropfpolymerisation
führt auf Grund der ungünstigen Kettentopologie
zu einem sehr starken Polymerabbau bei gleichzeitig geringen Pfropfraten.
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In
der
EP480390 wird ein
Verfahren zur Herstellung von Polyolefinen mit hoher Taktizität
und großer Molmasse beschrieben, bei dem durch die Wahl eines
speziell abgestimmten Systems aus Metallocen-Katalysator und Cokatalysator
auf die Verwendung aromatischer Lösungsmittel verzichtet
werden kann. Erhalten werden ausweislich der Beispiele sowohl isotaktische
als auch syndiotaktische Polymere, deren Isotaktizitätsindex
zwischen 90 und 99%, bzw. deren Syndiotaktizitätsindex
bei 96% liegt. Polymere mit hohen Anteilen an ataktischen Triaden
sowie Polymere mit speziellem Verhältnis von syndiotaktischen
zu isotaktischen und ataktischen Strukturelementen werden nicht
beschrieben. Eine Modifizierung der beschriebenen Polymere unter
Verwendung der radikalischen Pfropfpolymerisation führt
auf Grund der ungünstigen Kettentopologie ebenfalls zu einem
sehr starken Polymerabbau bei gleichzeitig geringen Pfropfraten.
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In
der
EP584609 werden rac/meso-Mischungen
von substituierten und unsubstizuierten Bisindenylzirkonocenen beschrieben,
mit denen sich Mischungen aus ataktischen und isotaktischen Polyolefinen
herstellen lassen. Meso-Formen von Metallocenkatalysatoren stellen
bekannter Maßen Polymere mit irregulärer undefinierter
Stereostruktur her, wobei gleichzeitig sehr niedrige Katalysatoraktivitäten
und eine schlechte Reproduzierbarkeit der Polymerisationsergebnisse
auftreten. Der Einsatz derartiger Produkte in einer radikalischen
Pfropfpolymerisation führt zu Materialien mit schlechten
Materialeigenschaften, insbesondere in Bezug auf die Materialkohäsion.
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In
der
EP 1263815 werden
weitgehend amorphe Polymere auf Basis von Poly(1-Olefin)-Copolymeren,
die sich auf Grund ihres rheologischen Verhaltens als Klebstoffe
eignen sollen sowie eine Verfahren zu ihrer Herstellung. Amorphe Polymere weisen
wie langläufig bekannt allerdings ein sehr unausgeglichenes
Materialverhalten auf. Insbesondere ist die Kohäsion solcher
Polymere im Verhältnis zur Adhäsion deutlich unterentwickelt,
weshalb es bei den entsprechenden Klebverbindungen häufig
zu kohäsivem Klebversagen kommt. Die beschriebenen Polymere
werden insbesondere als oder in druckempfindliche(n) Klebstoffe(n)
(sog. „pressure sensitive adhesives”, PSA) eingesetzt.
Für klassische Schmelzklebstoffe ist ihr Eigenschaftsprofil
dagegen sehr nachteilig. Beansprucht werden Co- und Terpolymere
bevorzugt auf Propylenbasis. Poly(1-buten)-Homopolymer sowie Copolymere
auf Basis von 1-Buten mit den Comonomeren Propylen (Propylenanteil < 60 mol-%) oder
Ethylen die einen 1-Butenanteil von > 40 mol-% aufweisen werden nicht beschrieben.
Ebensowenig Poly(ethylen-co-propylen)-Copolymere sowie Terpolymere
mit speziellen Eigenschaften.
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WO 01/46278 beschreibt
1-Olefincopolymere mit überwiegend amorphem Charakter,
die durch Metallocenkatalyse erhalten werden, wobei zu ihrer Verwendung
als Schmelzklebstoffe keine oder nur minimale Zusätze an
Klebharzen notwendig sein sollen. Die Copolymere bestehen dabei
aus A: 60 bis 94% eines C
3-C
6 1-Olefins,
B: 6–40 mol-% eines oder mehrerer C
4-C
10 1-Olefine und optional C: 0–10 mol-%
eines anderen ungesättigten Monomers (bevorzugt Ethylen).
Durch die statistische Verteilung des Comonomers B wird die Kristallinität
der Polymere besonders stark gestört, da nur noch wenige
Bereiche die für eine Kristallisation notwendige Mindestblocklänge
erreichen (siehe z. B.
S. Davison, G. L. Taylor; Br. Polym.
J.; 4 (1972); 65ff). Dies ist unter anderem auch an dem
niedrigen Schmelzpunkt der beschriebenen Polymere zu erkennen. Weitgehend amorphe
Polymere weisen zudem ein sehr unausgeglichenes Materialverhalten
auf. Insbesondere ist die Kohäsion solcher Polymere im
Verhältnis zur Adhäsion deutlich unterentwickelt,
weshalb es bei den entsprechenden Klebverbindungen häufig
zu kohäsivem Klebversagen kommt. Derartige Polymere mit
niedrigem Schmelzpunkt führen außerdem in Verklebungen
zu einem schlechten Wärmestand, was zahlreiche Einsatzgebiete
ausschließt. Comonomere mit mehr als 4 Kohlenstoffatomen
sind zudem sehr teuer, was die Produkte im Hinblick auf ihre Einsatzgebiete und
die dort zu erzielenden Produktpreise unwirtschaftlich macht. Eine
Aromatenfreiheit ist über das beschriebene Herstellungsverfahren
schwer zu garantieren, zumal bevorzugt in aromatischen Lösungsmitteln
polymerisiert wird, und sich der verwendete Cokatalysator nicht
in aliphatischen Lösungsmitteln löst. Die hohen Reaktionstemperaturen,
welche (teilweise sehr weit) oberhalb der Schmelzpunkte der hergestellten
Polymere liegen, führen zu sehr hohen Reaktionsdrücken,
die einen wirtschaftlichen Betrieb des Polymerisationsverfahrens
erschweren. Hinzu kommt, dass in weiten Teilen des angegebenen Prozessfensters
(T
R 40–250°C, p
R 10–3.000 bar) viele erfindungsgemäße
Monomere im überkritischen Zustand vorliegen, was einen
hohen technischen Aufwand zur Beherrschung des Prozesses erfordert, und
die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens weiter einschränkt.
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Walter
et al. beschreiben die Herstellung ”neuer” Polypropylencopolymere
unter Verwendung von Metallocenkatalysatoren. Dabei werden Metallocenkatalysatoren
eingesetzt, welche isotaktische Polymere erzeugen. Es wird festgestellt,
dass sich Benzoindenylsysteme mit 2-Methylsubstitution vor allem für
moderne Propylen-Gasphasenpolymerisationsprozesse eignen [Walter,
Philipp; Mader, Dietmar; Reichert, Peter; Mulhaupt, Rolf; Journal
of Macromolecular Science, Pure and Applied Chemistry (1999), A36(11),
1613–1639].
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In
der
JP 2004-196848 werden
niedrigkristalline 1-Buten-Blockcopolymer mit 0,5–50 mol-%
Ethylen oder Propylenanteilen beschrieben, die über Polymerisation
mit doppelt verbrückten Metallocenkatalysatoren zugänglich
sind. Die beschriebenen Polymere erfüllen auf Grund ihrer
geringen Kristallinität und ihrem niedrigen Schmelzpunkt
nicht die Voraussetzungen für einen Einsatz als Klebrohstoffe,
da die aus ihnen erhältlichen Formulierungen einen zu geringen
Wärmestand aufweisen.
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In
der
US 2004/0110910 wird
ein Verfahren zur Herstellung verzweigter hochkristalliner Polypropylenpolymere
mit geringem Ethylengehalt (0–2 ma-%) und Schmelzenthalpie
von > 70 J/g beschrieben,
die sich u. a. auch für eine Verwendung beispielsweise.
in Klebstoffen eignen sollen. Zur Herstellung werden insbesondere
Bisindenylzirkonocene verwendet, insbesondere solche mit Phenylsubstituenten
am Indenylsystem. Auf Grund ihrer hohen Kristalinität sind
die genannten Polymere überwiegend hart und unflexibel
was für die in der vorliegenden Anmeldung beabsichtigten
Verwendungen kontraproduktiv ist. Durch die zusätzlich
vorliegenden Verzweigungen wird das Aufschmelz- bzw. Abbindeverhalten
in ebenfalls stark negativer Art beeinflusst.
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Hoch
isotaktische bzw. syndiotaktische Polypropylen-Homo- bzw. Copolymere
mit Ethylen und/oder höheren Olefinen, wie sie in den genannten Offenlegungen
beschrieben werden, sind für den Einsatz als Schmelzkleber
bzw. Klebrohstoff ungeeignet.
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Es
bestand somit ein Bedarf an funktionalisierten (teilkristallinen)
Polyolefinen, mit verbesserten Materialeigenschaften, insbesondere
an funktionalisierten Polyolefinen, die auf Basis von unfunktionalisierten
Polyolefinen mit definierter Polymerstruktur hergestellt werden,
welche auf Grund ihrer definierten Kettenstruktur bei der radikalischen
Funktionalisierung einen hohen Funktionalisierungsgrad bei gleichzeitig
moderatem Polymerabbau ermöglichen. Gleichzeitig sollen
die funktionalisierten Polyolefine bei guten kohäsiven
Eigenschaften zusätzlich ein stark adhäsiv geprägtes
Materialverhalten zeigen, ohne die Nachteile von vollständig
amorphen Polymersystemen aufzuweisen. Überraschenderweise wurde
gefunden, dass die funktionalisierten Polyolefine gemäß der
vorliegenden Erfindung dieses komplexe Anforderungsprofil erfüllen,
und insbesondere zum Einsatz in oder als Klebstoff geeignet sind.
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Ein
erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind demnach modifizierte
Polyolefine auf Basis unfunktionalisierter Polyolefine, die maximal
30 ma-% Ethylen, entweder 70–98 ma-% oder maximal 30 ma-%
Propylen und/oder entweder 70–100 ma-% oder maximal 25
ma-% 1-Buten enthalten, wobei die Summe der Anteile 100 ma-% beträgt,
wobei die durch 13C-NMR bestimmte Triadenverteilung
für Propentriaden (für den Fall, dass die Polymere
Propentriaden enthalten) einen ataktischen Anteil von 20–55 ma-%,
einen syndiotaktischen Anteil von maximal 30 ma-% und einen isotaktischen
Anteil von 40–80 ma-% aufweisen, und/oder die durch 13C-NMR bestimmte Triadenverteilung für
1-Butentriaden (für den Fall, dass die erfindungsgemäßen
Polymere 1-Butentriaden enthalten) einen ataktischen Anteil von
2–85 ma-% und einen syndiotaktischen Anteil von maximal
20 ma-% aufweisen, wobei sich die Anteile isotaktischer, syndiotaktischer
und ataktischer Triaden von Propen bzw. 1-Buten jeweils zu 100% addieren,
wobei die unfunktionalisierten Polymere unter Verwendung eines Metallocen-Katalysators hergestellt
worden sind und wobei auf die unfunktionalisierten Polyolefine ein
oder mehrere funktionelle Gruppen aufweisende Monomere aufgepfropft
sind, bevorzugt mittels radikalischer Pfropfpolymerisation. Die
funktionalisierten Polyolefine werden insbesondere als und/oder
in Klebstoffen eingesetzt.
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Generell
gibt es wesentliche Unterscheide zwischen Polyoefinen, die auf Basis
von Ziegler-Natta-Katalysatoren (z. B. geträgerten oder
ungeträgerten TiCl3·AlCl3-Katalysatoren) und solchen, die auf Basis
von Metallocenkatalysatoren hergestellt werden. Dies führt
u. a. dazu, dass sich die erfindungsgemäß eingesetzten
unmodifizierten Polyolefine nicht durch klassische Ziegler-Natta-Katalyse
erhalten lassen. Haupt-Unterschiede sind die molekulare und chemische
Einheitlichkeit der (Co)polymere, die, auf Grund der heterogenen
Katalysatorstruktur (sog. „multi-site”-Katalysatoren),
bei Ziegler-Natta-Polyolefinen deutlich geringer als bei Metallocenbasierten Polyolefinen
ausgeprägt ist. Insbesondere lassen sich Polydispersitäten
von < 3 und die
gleichzeitige statistische Verteilung von Comonomeren (insbesondere
von solchen mit hoher Reaktivität wie z. B. Ethylen) über
die Polymerkette durch Ziegler-Natta-Katalysatoren nicht realisieren.
Dadurch liegen die Anteile an niedermolekularen Spezies bei Ziegler-Natta-Polyolefinen
in der Regel deutlich höher als bei Metallocen-Polyolefinen.
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Die
erfindungsgemäßen funktionalisierten Polyolefine
haben insbesondere den Vorteil, dass Sie auf Grund ihrer definierten
Polymerkettenstruktur sowohl eine gute Adhäsion auf den
meisten gängigen Materialien als auch eine gute Materialkohäsion
aufweisen, wobei die definierte Polymerkettenstruktur der erfindungsgemäßen
Polymere auch ohne Berücksichtigung der (zusätzlichen)
Effekte, welche durch die aufgepfropften Monomere hervorgerufen werden,
insbesondere eine gute Oberflächenbenetzung, und damit
eine gute Adhäsion auf einem zur Verklebung verwendeten
Substrat bewirkt. Auf Grund der im erfindungsgemäßen
unmodifizierten Polymer vorhandenen ataktischen Strukturelemente
(z. B. Comonomerblöcke) wird insbesondere die bei radikalischen
Polymermodifizierungen auftretende Kettenspaltung (β-Scission)
unterdrückt, so dass ein hoher Funktionalisierungsgrad
bei gleichzeitig hohen Molmassen erzielt wird, was z. B. zu funktionalisierten Polyolefinen
mit hoher Reaktivität bei gleichzeitig hoher Schmelzviskosität
führt. Insbesondere von Vorteil ist der Einsatz der erfindungsgemäßen
funktionalisierten Polyolefine in Klebstoffen, insbesondere in Schmelzklebstoffen,
deren physikalische Eigenschaften auf diese Weise im Wesentlichen
durch die vorteilhaften Materialeigenschaften der erfindungsgemäßen
funktionalisierten Polyolefine geprägt werden.
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Insbesondere
sind die erfindungsgemäßen funktionalisierten
Polymere unter Verwendung der erfindungsgemäßen
unfunktionalisierten Polymere erhältlich durch Verfahren
wie nachfolgend in der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Einsatz
der erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung
der erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere
ist insbesondere bevorzugt und ermöglicht einen einfachen Zugang
zu den gewünschten funktionalisierten Polymeren.
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Wesentlich
für die positiven Eigenschaften der erfindungsgemäßen
funktionalisierten Polyolefine ist/sind die spezielle Mikrostruktur
der zur Funktionalisierung eingesetzten Polymerketten, ihre Polymerzusammensetzung
bzw. die speziellen (makroskopischen) Materialeigenschaften des
eingesetzten Basispolymers.
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Bei
den zur Herstellung der erfindungsgemäßen funktionalisierten
Polymere verwendeten unfunktionalisierten Polyolefinen, weist die
durch 13C-NMR bestimmte Triadenverteilung
für Propentriaden (unter der Voraussetzung das das Polymer
Propentriaden enthält) einen ataktischen Anteil von 20–55
ma-%, bevorzugt von 21–53 ma-%, besonders bevorzugt von
22–51 ma-% und insbesondere von 23–50 ma-%, bezogen
auf die Propentriaden, auf. Dadurch wird erreicht, dass sowohl die
erfindungsgemäßen unfunktionalisierten Polymere,
wie auch die daraus hergestellten funktionalisierten Polymere beim
Auftrag auf eine Oberfläche (z. B. ein zu verklebendes
Substrat), insbesondere aber auf Olefin-Homo- und -Copolymeren,
zu einer optimalen Benetzung dieser Oberfläche führen,
was eine sehr gute Adhäsion bewirkt, sowie allein oder
in Formulierungen eine hohe Flexibilität, insbesondere
eine hohe Dehnbarkeit besitzen. Zusätzlich werden durch
eine Beschränkung der parallel zur Pfropfung ablaufenden
Kettenspaltung (sog. „β-Scission” = Nebenreaktion)
bei der radikalischen Funktionalisierung hohe Pfropfgrade erreicht.
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Ebenfalls
vorzugsweise weist die durch 13C-NMR bestimmte
Triadenverteilung für Propentriaden bei den zur Herstellung
der erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymere
verwendeten unfunktionalisierten Polyolefinen (unter der Voraussetzung das
das Polymer Propentriaden enthält) einen isotaktischen
Anteil von 40–80 ma-%, bevorzugt von 42–78 ma-%,
besonders bevorzugt von 44–76 ma-% und insbesondere von
45–75 ma-%, bezogen auf die Propentriaden, auf. Dadurch
wird erreicht, dass sowohl die erfindungsgemäßen
unfunktionalisierten Polymere wie auch die daraus hergestellten
funktionalisierten Polymere zusätzlich zu den dominierenden
adhäsiven Materialeigenschaften eine erhöhte Kohäsion und
einen hohen Wärmestand aufweisen.
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Weiterhin
weist die durch 13C-NMR bestimmte Triadenverteilung
für Propentriaden bei den zur Herstellung der erfindungsgemäßen
funktionalisierten Polymere verwendeten unfunktionalisierten Polyolefinen
(unter der Voraussetzung das das Polymer Propentriaden enthält)
einen syndiotaktischen Anteil von maximal 30 ma-%, bevorzugt von
1–27 ma-%, besonders bevorzugt von 3–25 ma-% und
insbesondere von 5–23 ma-%, bezogen auf die Propentriaden, auf.
Dadurch wird erreicht, dass sowohl die erfindungsgemäßen
unfunktionalisierten Polymere wie auch die daraus hergestellten
funktionalisierten Polymere zusätzlich zu den adhäsiven
und kohäsiven Materialeigenschaften eine hohe Elastizität
besitzen, und beim Schmelzeauftrag einen optimalen Verlauf zeigen.
Hinzu kommt eine verbesserte Transparenz, die insbesondere im Bereich
der Folienverklebung erwünscht ist.
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Insbesondere
bevorzugt weist die durch 13C-NMR bestimmte
Triadenverteilung für 1-Butentriaden bei den zur Herstellung
der erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymeren
verwendeten unfunktionalisierten Polyolefinen (unter der Voraussetzung
das das Polymer 1-Butentriaden enthält) einen isotaktischen
Anteil von 20–98 ma-%, bevorzugt von 22–96 ma-%,
besonders bevorzugt von 24–94 ma-% und insbesondere von
25–92 ma-%, bezogen auf die 1-Butentriaden, auf.
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Dadurch
wird erreicht, dass sowohl die erfindungsgemäßen
unfunktionalisierten Polymere wie auch die daraus hergestellten
funktionalisierten Polymere ein optimal ausbalanciertes Abbindeverhalten aufweisen.
Im Vergleich mit isotaktischen Propyleneinheiten kristallisieren
die isotaktischen 1-Buteneinheiten langsamer. Der erfindungsgemäße
isotaktische Anteil garantiert eine optimale Anfangsfestigkeit.
Durch die zeitverzögerte Phasenumwandlung von tetragonalen
Phase II-Kristalliten in hexagonale Phase I-Kristallite zeigen die
Polymeren nach der Abkühlung aus der Schmelze über
einen relativ langen Zeitraum eine hohe Flexibilität.
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Insbesondere
bevorzugt weist die durch 13C-NMR bestimmte
Triadenverteilung für 1-Butentriaden (unter der Voraussetzung
das das Polymer 1-Butentriaden enthält) einen syndiotaktischen
Anteil von maximal 20 ma-%, bevorzugt von maximal 18 ma-%, besonders
bevorzugt von maximal 16 ma-% und insbesondere von 1–15
ma-%, bezogen auf die 1-Butentriaden, auf.
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Dadurch
wird erreicht, dass sowohl die erfindungsgemäßen
unfunktionalisierten Polymere wie auch die daraus hergestellten
funktionalisierten Polymere eine hohe Elastizität besitzen
und beim Schmelzeauftrag einen optimalen Verlauf zeigen. Hinzu kommt
eine verbesserte Transparenz, die insbesondere im Bereich der Folienverklebung
erwünscht ist.
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Weiterhin
bevorzugt weist die durch 13C-NMR bestimmte
Triadenverteilung für 1-Butentriaden bei den zur Herstellung
der erfindungsgemäßen funktionalisierten Polymeren
verwendeten unfunktionalisierten Polyolefinen (unter der Voraussetzung
das das Polymer 1-Butentriaden enthält) einen ataktischen
Anteil von maximal 85 ma-%, bevorzugt von 2–80 ma-%, besonders
bevorzugt von 4–75 ma-% und insbesondere von 5–70
ma-% bezogen auf die 1-Butentriaden, auf. Dadurch wird erreicht, dass
die erfindungsgemäßen Polymere ein optimales Maß an
Adhäsion auf allen relevanten Substraten, insbesondere
aber auf Olefin-Homo- und -Copolymeren aufweisen sowie allein oder
in Formulierungen eine hohe Flexibilität, insbesondere
eine hohe Dehnbarkeit besitzen.
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Zusätzlich
bevorzugt weist die durch 13C-NMR bestimmte
Triadenverteilung bei den zur Herstellung der erfindungsgemäßen
funktionalisierten Polymeren verwendeten unfunktionalisierten Polyolefine
für den Fall, dass es sich bei diesen um Poly(ethylen-co-propylen-co-1-buten)-Terpolymere handelt,
für Ethylengehalte bis 30 ma-% einen Anteil an Ethylentriaden
von 0,1–10 ma-%, bevorzugt 0,25–7,5 ma-% besonders
bevorzugt 0,3–7 ma-%, insbesondere bevorzugt 0,4–6,8
ma-%, bezogen auf den Ethylenanteil, auf, so dass das Monomer Ethylen also
entweder weitgehend statistisch über die Polymerkette verteilt,
oder blockartig eingebaut wird. Dadurch wird erreicht, dass sich
für die erfindungsgemäßen unfunktionalisierten
wie funktionalisierten Polymere Kristallinität und Materialverhalten
gezielt einstellen lassen. Bei einer statistischen Verteilung über die
Polymerkette erfolgt eine starke Störung der Kristallinität,
da die für eine Kristalllisation notwendige Mindestblocklänge
der unterschiedlichen Monomereinheiten häufig unterschritten
wird. Bei blockartiger Kombination mit isotaktischen Propyleneinheiten kommt
es zu einer „hart-weich”-Blockbildung, da die Ethylenblöcke
im Gegensatz zu den Propylenblöcken nicht die für
eine „eigene” Kristallisation notwendige Mindestblocklänge
erreichen. Die Ethylenblöcke sind jedoch nie so lang, dass
bei einer radikalischen Pfropfpolymerisation eine Vernetzung (gekennzeichnet
beispielsweise durch eine signifikant ansteigende Schmelzviskosität)
stattfindet.
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Die
zur Herstellung der erfindungsgemäßen funktionalisierten
Polymeren verwendeten unfunktionalisierten Polyolefine enthalten
vorzugsweise maximal 30 ma-% bevorzugt maximal 25 ma-% und besonders
bevorzugt maximal 23 ma-% und ganz besonders bevorzugt maximal 20
ma-% Ethylen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
enthalten die zur Herstellung der erfindungsgemäßen
funktionalisierten Polymeren verwendeten unfunktionalisierten Polyolefine
100 ma-% 1-Buten.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung handelt es sich bei den erfindungsgemäße
zur Modifizierung eingesetzten unmodifizierten Polymere insbesondere
um Copolymere aus Ethylen, Propylen und/oder 1-Buten, wobei die
Copolymere maximal 30 ma-% bevorzugt maximal 25 ma-% und besonders
bevorzugt maximal 22 ma-% und ganz besonders bevorzugt maximal 20 ma-%
Ethylen enthalten. Für den Propylen- beziehungsweise Butenanteil
gibt es mehrere alternative Möglichkeiten. Entweder liegt
der Propylenanteil bei 70–98 ma-%, bevorzugt zwischen 72–95
ma-% oder der Propylenanteil liegt bei maximal 30 ma-%, bevorzugt
zwischen 1–27 ma-% und besonders bevorzugt zwischen 2–25
ma-%. Der Butenanteil liegt entweder bei 70–100 ma-%, bevorzugt
zwischen 75–95 ma-% oder bei maximal 25 ma-%, bevorzugt
zwischen 1–23 ma-% und besonders bevorzugt zwischen 2–20 ma-%.
In Summe muss der Anteil aller genannten Comonomere 100 ma-% ergeben,
das heißt, entweder sind die erfindungsgemäßen
Polymere Propylen- oder Buten-reicher, wobei die genannten Monomere beliebig
miteinander kombiniert werden können, also Propylen mit
Buten und/oder Ethylen.
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Insbesondere
handelt es sich bei den zur Herstellung der erfindungsgemäßen
funktionalisierten Polymeren verwendeten unfunktionalisierten Polymere
um Poly(ethylen-co-propylen)-Copolymere mit einem Ethylenanteil
von maximal 30 ma-%, um Poly(ethylen-co-1-buten)-Copolymere mit
einem Ethylenanteil von maximal 30 ma-%, um Poly(propylen-co-1-buten)-Copolymere
mit einem Propylenanteil von maximal 30 ma-% oder um Poly(propylen-co-1-buten)-Copolymere
mit einem 1-Butenanteil von maximal 25 ma-%.
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In
einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
enthalten die zur Herstellung der erfindungsgemäßen
funktionalisierten Polymeren verwendeten unfunktionalisierten Polymere
Propylen, 1-Buten und/oder Ethylen sowie ein verzweigtes Olefin
ausgewählt aus der Gruppe umfassend 3-Methyl-1-buten, 4-Methyl-1-penten,
3-Methyl-1-hexen, 6-Methyl-1-hexen, 3-Methyl-1-hepten, wobei der
Anteil des verzweigten 1-Olefins im Copolymer maximal 50 ma-%, bevorzugt
maximal 40 ma-% und besonders bevorzugt maximal 30 ma-% beträgt.
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Für
den ebenfalls bevorzugten Fall eines Terpolymers enthalten die zur
Herstellung der erfindungsgemäßen funktionalisierten
Polymeren verwendeten unfunktionalisierten Terpolymere insbesondere
Ethylen, Propylen und 1-Buten, wobei eines der drei Comonomere einen
Anteil von mindestens 70 ma-% aufweist, während die beiden
anderen Monomere zusammen einen Anteil von maximal 30 ma-% bilden.
Die Terpolymere enthalten einen Anteil von maximal 28 ma-%, bevorzugt
maximal 25 ma-%, besonders bevorzugt maximal 23 ma-% Ethylen.
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Folgende
Unterkombinationen für die oben genannten Copolymere und
Terpolymere sind dabei insbesondere bevorzugt: Poly(ethylen-co-propylen), Poly(ethylen-co-1-buten),
Poly(propylen-co-1-buten), Poly(propylen-co-3-methyl-1-buten), Poly(1-buten-co-3-methyl-1-buten),
Poly(propylen-co-3-methyl-1-hexen), Poly(propylen-co-3-methyl-1-hepten), Poly(ethylen-co-propylen-co-1-buten)
und Poly(ethylen-co-propylen-co-3-methyl-1-buten).
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Die
zur Herstellung der erfindungsgemäßen funktionalisierten
Polymeren verwendeten unfunktionalisierten Polymere liegen bevorzugt
in Form eines Pulvers, in Form von Pellets oder in Form eines Granulates
vor. Die direkte Weiterverarbeitung von schmelzflüssigen
unfunktionalisierten Polymeren zu den erfindungsgemäßen
funktionalisierten Produkten ist ebenfalls möglich.
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Die
erfindungsgemäßen unfunktionalisierten Polymere
enthalten vorzugsweise keine aus dem Polymerisationsprozess stammenden
aromatischen Verbindungen (d. h. < 100 μg/g).
Darüber hinaus enthalten Sie im Wesentlichen keine organischen
halogenierten Verbindungen, die aus dem Polymerisationsprozess stammen.
Ebenfalls bevorzugt ist, dass die Polymere keine Verunreinigungen
durch Suspendieröle (Trennmittel), keine Reste anorganischer
Trägermaterialien, insbesondere keine anorganischen Oxide
und/oder Erdalkalimetallhalogenide (wie z. B. MgCl2),
keine anorganischen oder organischen Borverbindungen, keine Talcite
und/oder Hydrotalcite und/oder deren Abbauprodukte sowie keine Verunreinigungen
durch Alkohole, insbesondere durch Methanol enthalten.
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Die
Molmassenverteilung der zur Herstellung der erfindungsgemäßen
funktionalisierten Polymeren verwendeten unfunktionalisierten Polymere kann
monomodal oder bimodal sein, insbesondere bevorzugt ist die Molmassenverteilung
monomodal.
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Polymere
mit monomodaler Molmassenverteilung zeichnen sich (insbesondere
bei niedriger Polydispersität) durch eine geringe Varianz
der Materialeigenschaften aus. So weisen monomodal verteilte Polyolefine
beispielsweise ein klar definiertes Aufschmelz- und Abbindeverhalten
auf. Bei sehr enger Molmassenverteilung lässt sich ein
definiertes Aufschmelz-/Abbindeverhalten auch mit bimodal verteilten
Polymeren erreichen, insbesondere wenn längere offene Zeiten
gefordert sind und/oder keine scharfen Schmelzpeaks auftreten dürfen
(z. B. bei langen Fügezeiten oder schwankender Applikationstemperatur).
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Weiterhin
weisen die zur Herstellung der erfindungsgemäßen
funktionalisierten Polymeren verwendeten unfunktionalisierten Polymere
eine Polydispersität, bestimmt durch Hochtemperatur-Gelpermeationschromatographie
mit universeller Kalibrierung, von 1,3–4, bevorzugt von
1,4–3,5, besonders bevorzugt von 1,4–3,0, insbesondere
von 1,4–2,9 und ganz besonders bevorzugt von 1,5–2,7
auf. Dieser Bereich ist besonders vorteilhaft, insbesondere für
die Anwendung im Klebstoffbereich. Das Kristallisations- bzw. Aufschmelzverhalten
bei Polymeren, insbesondere bei Polyolefinen ist bekannter Maßen eine
Funktion der Molmasse, bei linearen Polyolefinen insbesondere der
Kettenlänge. So ist z. B. von klassischen amorphen Polyolefinen,
wie sie derzeit im Bereich der Heißschmelzkleber eingesetzt
werden, bekannt, dass eine Polydispersität von 4–6 (oder
noch höher) zu einem sehr breiten Aufschmelzbereich einerseits
und zu einer verzögerten physikalischen Aushärtung/Kristallisation
andererseits führt. Ein zusätzlicher Nachteil
der bekannten Systeme ist, dass Polymere mit breiter Molmassenverteilung
infolge der beschriebenen Kristallisationsdefizite häufig auch
schlechte Zugfestigkeiten zeigen, was ebenfalls unerwünscht
ist. Generell ist eine breite Molmassenverteilung ein Zeichen dafür,
dass kein einheitliches Polymer sondern vielmehr eine Polymermischung (bzw.
ein Polymerblend) vorliegt, was bekannter Maßen zu Einschränkungen
bei den Materialeigenschaften führt.
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Die
gewichtsmittlere Molmasse der zur Herstellung der erfindungsgemäßen
funktionalisierten Polymeren verwendeten unfunktionalisierten Polymere,
bestimmt durch Hochtemperatur-Gelpermeationschromatographie mit
universeller Kalibrierung, liegt üblicherweise im Bereich
von 10000 bis 150000 g/mol, bevorzugt von 12000 bis 130000 g/mol,
besonders bevorzugt im Bereich von 14000 bis 120000 g/mol und insbesondere
bevorzugt im Bereich von 15000 bis 110000 g/mol, wobei weitere Vorzugsbereiche
zwischen 15.000 und 45.000 g/mol, zwischen 30.000 und 75.000 g/mol
und zwischen 60.000 und 105.000 g/mol liegen. Dieser Bereich ist
besonders vorteilhaft, für den Einsatz in radikalischen
Pfropfprozessen, da inklusive der (in den meisten Fällen
obligatorische) Kettenspaltung während der Pfropfreaktion
Polymere mit Molmassen erhalten werden, die eine gute Grundkohäsion
gewährleisten. Die erfindungsgemäßen
modifizierten Polymere verfügen damit über eine
optimale Schmelzviskosität im relevanten Applikationsfenster,
so dass eine optimale Benetzung der zu verklebenden Oberfläche
erfolgt. Die relativ niedrige Schmelzviskosität im bevorzugten
Molmassenbereich ermöglicht außerdem eine Penetration
in makroskopische und mikroskopische Oberflächenstrukturen.
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Weiterhin
zeichnen sich die zur Herstellung der erfindungsgemäßen
funktionalisierten Polymeren verwendeten unfunktionalisierten Polymere
dadurch aus, dass sie einen ALPHAWERT, bestimmt durch Hochtemperatur-Gelpermeationschromatographie mit
universeller Kalibrierung, im Bereich von 0,5 bis 1,2, bevorzugt
im Bereich von 0,55 bis 1,15, besonders bevorzugt im Bereich von
0,58 bis 1,1 und insbesondere bevorzugt im Bereich von 0,6 bis 1,05
aufweisen. Die erfindungsgemäßen unmodifizierten
Polymere zeichnen sich somit durch eine geringe Verzweigung aus,
insbesondere enthalten sie bevorzugt keine Langkettenverzeigungen.
Verzweigte Polymere zeigen auf Grund ihrer Molekülstruktur
ein hochkomplexes rheologisches Verhalten, was zu einer schlechten
Verarbeitbarkeit führt. Hinzu kommt, dass hochverzweigte
Polyolefine (insbesondere solche mit hohem Ethylenanteil) zur peroxidischen
Vernetzung neigen, was im vorliegenden Fall aus naheliegenden Gründen
unerwünscht ist.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt der durch
Hochtemperatur-Gelpermeationschromatographie mit universeller Kalibrierung
bestimmte ALPHAWERT für die zur Herstellung der erfindungsgemäßen
funktionalisierten Polymeren verwendeten unfunktionalisierten Polymere
zwischen 0,55 und 0,80, bevorzugt zwischen 0,57 und 0,79, und insbesondere
bevorzugt zwischen 0,58 und 0,78, während gleichzeitig
die ebenfalls durch Hochtemperatur-Gelpermeationschromatographie mit
universeller Kalibrierung bestimmte Polydispersität der
erfindungsgemäßen unfunktionalisierten Polymere
zwischen 2,0 und 3,5, bevorzugt zwischen 2,1 und 3,4, besonders
bevorzugt zwischen 2,2 und 3,3 und insbesondere bevorzugt zwischen
2,3 und 3,2 liegt.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform liegt
der durch Hochtemperatur-Gelpermeationschromatographie mit universeller Kalibrierung
bestimmte ALPHAWERT für die zur Herstellung der erfindungsgemäßen
funktionalisierten Polymeren verwendeten unfunktionalisierten Polymere
zwischen 0,7 und 1,1, bevorzugt zwischen 0,75 und 1,08, besonders
bevorzugt zwischen 0,8 und 1,06 und insbesondere bevorzugt zwischen
0,82 und 1,05, während gleichzeitig die ebenfalls durch
Hochtemperatur-Gelpermeationschromatographie mit universeller Kalibrierung
bestimmte Polydispersität der erfindungsgemäßen
unfunktionalisierten Polymere bei maximal 3, bevorzugt bei maximal
2,5, besonders bevorzugt bei maximal 2,3 und insbesondere bevorzugt
bei maximal 2,0 liegt.
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Vorzugsweise
liegt der bei der Untersuchung durch Gelpermeationschromatographie
gefundene Anteil an niedermolekularen Bestandteilen mit einem Molekulargewicht
von 500 bis 1000 Dalton für die zur Herstellung der erfindungsgemäßen
funktionalisierten Polymeren verwendeten unfunktionalisierten Polymere
bei maximal 0,4 ma-%, bevorzugt bei maximal 0,3 ma-%, besonders
bevorzugt bei maximal 0,2 ma-%, insbesondere bei maximal 0,15 ma-%.
Ganz besonders bevorzugt können durch die beschriebene Methode
keine Bestandteile mit einem Molekulargewicht von 500 bis 1000 Dalton
detektiert werden. Dadurch wird erreicht, dass die erfindungsgemäßen
Polymere keine Polymerbestandteile enthalten, die zur Migration
neigen. Da es bei der radikalischen Funktionalisierung auch zu einer
Kettenspaltung (β-Scission) kommen kann, können
auch niedermolekulare Polymerketten entstehen. Die Gesamtkonzentration an
niedermolekularen Polymerketten im funktionalisierten Polymer erreicht
dabei insbesondere dann kritische Werte, wenn bereits im zur Funktionalisierung
verwendeten unmodifizierten Polyolefin niedermolekulare Bestandteile
enthalten sind.
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Weiterhin
bevorzugt liegt der bei der Untersuchung durch Hochtemperatur-Gelpermeationschromatographie
mit universeller Kalibrierung gefundene Anteil an niedermolekularen
Bestandteilen mit einem Molekulargewicht von kleiner 500 Dalton
für die zur Herstellung der erfindungsgemäßen
funktionalisierten Polymeren verwendeten unfunktionalisierten Polymere
bei maximal 0,4 ma-%, bevorzugt bei maximal 0,3 ma-%, besonders
bevorzugt bei maximal 0,20 ma-%, insbesondere bei maximal 0,15 ma-%.
Ganz besonders bevorzugt können mit der beschriebenen Methode
keine Bestandteile mit einem Molekulargewicht von < 500 Dalton detektiert werden.
Da es bei der radikalischen Funktionalisierung auch zu einer Kettenspaltung
(β-Scission) kommen kann, können auch niedermolekulare
Polymerketten entstehen. Die Gesamtkonzentration an niedermolekularen
Polymerketten im funktionalisierten Polymer erreicht dabei insbesondere
dann kritische Werte, wenn bereits im zur Funktionalisierung verwendeten
unmodifizierten Polyolefin niedermolekulare Bestandteile enthalten
sind. Sind niedermolekulare Verbindungen mit Molmassen von < 500 Dalton in den
zur Herstellung der erfindungsgemäßen modifizierten
Polyolefine eingesetzten unmodifizierten Polyolefine enthalten,
so besteht die Gefahr, dass sich bei der radikalischen Funktionalisierung
verstärkt gasförmige Abbauprodukte bilden, die
den Herstellprozess (z. B. durch Aufschäumen) stark erschweren.
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In
einer besonderen, bevorzugten Ausführungsform, weisen die
zur Herstellung der erfindungsgemäßen funktionalisierten
Polyolefine verwendeten unfunktionalisierten Polyolefine einen durch
ht-GPC mit universeller Kalibrierung bestimmten Polymeranteil mit
einem Molekulargewicht von 1.000 bis 500 Dalton von < 0,2 ma-%, bevorzugt < 0,15 ma-%, besonders
bevorzugt < 0,1
ma-% und insbesondere bevorzugt von < 0,075 ma-% auf, während gleichzeitig
der ebenfalls durch ht-GPC mit universeller Kalibrierung bestimmten
Polymeranteil mit einem Molekulargewicht kleiner 500 Dalton bei < 0,2 ma-%, bevorzugt < 0,15 ma-%, besonders
bevorzugt < 0,1
ma-% und insbesondere bevorzugt < 0,075 ma-%
liegt.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weisen
die zur Herstellung der erfindungsgemäßen funktionalisierten
Polyolefine verwendeten unfunktionalisierten Polyolefine keinen durch
ht-GPC mit universeller Kalibrierung nachweisbaren Polymeranteil
mit einem Molekulargewicht von 1.000 bis 500 Dalton auf, während
sich gleichzeitig auch kein Anteil mit einem Molekulargewicht von
kleiner 500 Dalton mit der beschriebenen ht-GPC-Methode nachweisen
lässt.
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Weiterhin
zeichnen sich die zur Herstellung der erfindungsgemäßen
funktionalisierten Polymeren verwendeten unfunktionalisierten Polymere
dadurch aus, dass sie bei einer Temperatur von 190°C, einer Deformation
von maximal 1% und einer Messfrequenz von 1 Hz eine komplexe Schmelzviskosität von
750 bis 100000 mPa·s, bevorzugt von 800 bis 75000 mPa·s,
besonders bevorzugt von 900 bis 50000 mPa·s und insbesondere
bevorzugt von 1000 bis 40000 mPa·s aufweisen, wobei Schmelzviskositäten
von 750 bis 10000 mPa·s, 850 bis 9000 mPa·s, 900
bis 7500 mPa·s, insbesondere 1000 bis 6500 mPa·s
ganz besonders bevorzugt sind. Dies führt dazu, dass durch
die Verarbeitung der erfindungsgemäßen unfunktionalisierten
Polyolefine in einem radikalisch initiierten Pfropfpolymerisationsprozess
funktionalisierte Polyolefine mit unterschiedlichen an den jeweiligen
Anwendungsbereich angepassten Schmelzviskositäten bereit
gestellt werden können, wobei die Limitierung bei hohen
Schmelzviskositäten dazu führt, dass immer eine
optimale Durchmischung von Polymerschmelze, Monomeren und/oder Initiatoren erzielt
werden kann.
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Die
Schmelzen der für die Funktionalisierung eingesetzten unfunktionalisierten
Polyolefine zeichnen sich durch eine gewisse Strukturviskosität
aus, die insbesondere für die Verarbeitung in Schmelzprozessen
besonders günstig ist. Als Maßstab für
die Strukturviskosität der erfindungsgemäßen
Polymere kann das Verhältnis der Schmelzviskosität
gemessen bei 190°C und einer Deformation von maximal 1%
bei einer Schergeschwindigkeit von 10 Hz und einer Schergeschwindigkeit
von 0,1 Hz dienen. Dieses Verhältnis liegt für
die zur Herstellung der erfindungsgemäßen funktionalisierten
Polymeren verwendeten unfunktionalisierten Polymere zwischen 1:1
und 1:10, bevorzugt zwischen 1:1,05 und 1:8, besonders bevorzugt
zwischen 1:1,075 und 1:6 und besonders bevorzugt zwischen 1:1,1
und 1:5.
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Die
Nadelpenetration der zur Modifizierung eingesetzten unmodifizierten
Polymere liegt bei maximal 60·0,1 mm, bevorzugt im Bereich
von 1–58·0,1 mm, besonders bevorzugt von 3–56·0,1
mm und insbesondere bevorzugt von 5–55·0,1 mm,
wobei Wertebereiche von 1–30·0,1 mm, 1–28·0,1
mm, 2–26·0,1 mm, 3–24·0,1 mm,
3–20·0,1 mm, 4–17·0,1 mm, 5–16·0,1
mm und insbesondere 6–15·0,1 mm ganz besonders
bevorzugt sind. Dadurch wird erreicht, dass die erfindungsgemäß eingesetzten
unmodifizierten Polymere ein optimales Verhältnis von Festigkeit
und Plastizität aufweisen, was für die Verarbeitung
in bzw. aus der Schmelze besonders vorteilhaft ist (sehr gutes Aufschmelzverhalten).
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Die
erfindungsgemäß eingesetzten unmodifizierten Polymere
sind überwiegend teilkristalliner Natur, weisen also einen
signifikanten kristallinen Anteil auf. Dies zeigt sich in Schmelzpeaks
beim ersten und/oder zweiten Aufheizen der Polymere in der DSC.
Unabhängig von der Anzahl und Ausprägung der Schmelzpeaks
liegen die Schmelzpeakmaxima für die erfindungsgemäßen
Polyolefine bei der Vermessung mittels Differentialkalorimeter (DSC)
in der 1. Aufheizung zwischen 35 und 140°C. Es ist bevorzugt,
dass bei der Vermessung im Differentialkalorimeter (DSC) beim ersten
Aufheizen 1–3 Schmelzpeaks detektiert werden können,
wobei im Falle von drei Schmelzpeaks das erste Schmelzpeakmaximum bei
Temperaturen von 35–50°C liegt, das zweite bei Temperaturen
von 50–115°C und das dritte bei Temperaturen von
70–140°C, besonders bevorzugt bei Temperaturen
von 75–135°C. Treten nur zwei Schmelzpeaks auf,
so liegt das erste Schmelzpeakmaximum zwischen 40 und 110°C,
das zweite zwischen 55 und 140°C, besonders bevorzugt von 58–137°C.
Tritt nur ein Schmelzpeak auf, so liegt das Schmelzpeakmaximum zwischen
40 und 140°C, bevorzugt zwischen 60 und 140°C,
besonders bevorzugt zwischen 70 und 140°C und insbesondere
bevorzugt zwischen 78 und 138°C.
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Unabhängig
von der Anzahl und Ausprägung der Schmelzpeaks liegen die
Schmelzpeakmaxima für die unmodifizierten Polyolefine bei
der Vermessung mittels Differentialkalorimeter (DSC) in der 2. Aufheizung
zwischen 50 und 140°C. Bei der zweiten Aufheizung im Differentialkalorimeter
weisen die unmodifizierten Polymere bevorzugt 0, 1 oder 2 Schmelzpeaks
auf. Bei zwei Schmelzpeaks liegt das erste Schmelzpeakmaximum bei
50 bis 110°C, das zweite Schmelzpeakmaximum bei 70–140°C,
besonders bevorzugt von 73–135°C. Ist nur ein
Schmelzpeak vorhanden, so liegt die Schmelztemperatur bei 60 bis
140°C, besonders bevorzugt von 62–137°C. Je
nach Copolymerzusammensetzung weisen die Polymere eine Neigung zur
Kaltkristallisation auf, wobei (sofern vorhanden) der exotherme
Kaltkristallisationspeak beim 2. Aufheizen zwischen 5 und 40°C liegt.
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Dadurch
wird erreicht, dass die unmodifizierten Polymere ein optimales Verhältnis
von kristallinen und nicht kristallinen Einheiten aufweisen und
insbesondere im Verarbeitungsfall (z. B. bei der radikalischen Pfropfmodifikation
in der Schmelze) optimale thermische Eigenschaften zeigen.
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Anders
als hochkristalline Polyolefine, die einen einzelnen sehr scharten
Schmelzpeak aufweisen, zeigen die unmodifizierten Polymere in der
2. Aufheizkurve der DSC-Messung bei einer Aufheizgeschwindigkeit
von 10 K/min. entweder keinen Schmelzpeak, einen Schmelzpeak oder
zwei Schmelzpeaks, wobei diese Schmelzpeaks unterschiedliche Intensitäten
aufweisen können. Zeigen die erfindungsgemäßen
Polymere in der 2. Aufheizkurve der DSC-Messung keinen Schmelzpeak,
so bedeutet dies nicht, dass sie keine kristallinen Anteile besitzen,
sondern nur, dass diese in Folge der standardisierten Versuchsbedingungen
nicht detektiert werden. In der ersten Aufheizkurve zeigen alle
Polymere mindestens einen Schmelzpeak. Das Ende des Aufschmelzbereiches
der 2. Aufheizkurve der DSC (sog. Peak-Offset) liegt für
die erfindungsgemäßen Polymere zwischen 70°C
und 145°C, bevorzugt zwischen 75°C und 143°C
besonders bevorzugt zwischen 79°C und 142°C und
insbesondere bevorzugt zwischen 80°C und 140°C.
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Vorzugsweise
weisen die zur Modifikation eingesetzten unmodifizierten Polymere
eine beim zweiten Aufheizen in der DSC gemessene endotherme Schmelzenthalpie
von maximal 30 J/g, bevorzugt von 1–27 J/g, besonders bevorzugt
von 2–25 J/g und insbesondere bevorzugt von 3–23
J/g auf, wobei Wertebereiche von 0–10 J/g, 6–22
J/g, 10–20 J/g und insbesondere von 5–15 J/g ganz
besonders bevorzugt sind. Dadurch wird erreicht, dass sowohl die
unmodifizierten Polymere als auch die aus ihnen hergestellten modifizierten
Polymere ein optimales Verhältnis von kristallinen und
nicht kristallinen Anteilen aufweisen. Je nach Polymerzusammensetzung
und gewählten Polymerisationsbedingungen können
so Polymere zur Verfügung gestellt werden, zu deren Aufschmelzen
nur ein sehr geringer oder aber (im Vergleich mit hochkristallinen
Polyolefinen) ein moderater Energiebeitrag notwendig ist, was wiederum
für die Verarbeitung in der Schmelze von Vorteil ist.
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In
einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform weisen
die zur Modifikation eingesetzten unmodifizierten Polymere eine
beim 2. Aufheizen in der DSC gemessene endotherme Schmelzenthalpie
von 0 J/g (d. h. keine Endothermie detektierbar) und gleichzeitig
eine Nadelpenetration von 20–60·0,1 mm, bevorzugt von
25–55·0,1 mm und besonders bevorzugt von 27–53·0,1
mm auf. Diese Kombination hat den Vorteil, dass Polymere zur Verfügung
gestellt werden können, die nur eine äußerst
geringe Energie zum Schmelzen benötigen, gleichzeitig aber
eine gute Festigkeit aufweisen.
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Die
mittels DSC aus der 2. Aufheizkurve bestimmte Glasübergangstemperatur
der unmodifizierten Polymere liegt bei maximal –8°C,
bevorzugt zwischen –9 und –55°C, besonders
bevorzugt zwischen –10 und –52°C und
insbesondere bevorzugt zwischen –12 und –50°C,
wobei Wertebereiche zwischen –8 und –18°C, –9
und –17°C, –10 und –16°C sowie
zwischen –20 und –48°C, –25
und –45°C und insbesondere –27 und –44°C
besonders bevorzugt sind. Dadurch wird erreicht, dass sowohl die
unmodifizierten Polymere als auch die aus ihnen hergestellten modifizierten
Polymere je nach Polymerzusammensetzung und gewählten Polymerisationsbedingungen
auch in Anwendungsbereichen eingesetzt werden können, die
hohe Tieftemperaturflexibilität verlangen und daher hochkristallinen
Polyolefinen (wie z. B. isotakischem Polypropylen) verschlossen bleiben.
Dabei ist insbesondere bemerkenswert, dass für die erfindungsgemäßen
Polymere die niedrigen Glasübergangstemperaturen auch ohne
den Einsatz von teuren Comonomeren wie z. B. 1-Penten, 1-Hexen,
1-Octen, 1-Nonen und/oder 1-Decen erreicht werden können.
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Weiterhin
liegt je nach Copolymerzusammensetzung der Erweichungspunkt, der
erfindungsgemäß zur Modifizierung eingesetzten
unmodifizierten Polymere, gemessen nach der Ring & Kugelmethode
bei maximal 145°C, bevorzugt bei 75–142°C, besonders
bevorzugt bei 80–140°C und insbesondere bei 83
bis 138°C, wobei Wertebereiche zwischen 80 und 118°C,
90 und 115°C sowie zwischen 116 und 135°C und
insbesondere 120 und 135°C besonders bevorzugt sind. Dadurch
wird erreicht, dass Polymere zur Verfügung gestellt werden
können, die trotz einer relativ geringen Kristallinität,
auch im unvernetzten Zustand erst bei hohen Temperaturen eine Erweichung
erfahren, und damit Verklebungen mit hoher Wärmestandfestigkeit
ermöglichen.
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Eine
Besonderheit der unmodifizierten Polymere ist, dass durch entsprechende
Wahl der Polymerzusammensetzung und der Polymerisationsbedingungen
auch Polymere zur Verfügung gestellt werden können,
die in der 2. Aufheizung der DSC keinen Schmelzpeak aufweisen, aber
dennoch einen Erweichungspunkt (Ring & Kugel) von über 90°C,
bevorzugt von über 95°C und besonders bevorzugt
von über 97°C aufweisen.
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Die
zur Modifizierung eingesetzten unmodifizierten Polymere weisen vorzugsweise
bei Raumtemperatur eine Löslichkeit in Xylol von mindestens 10
ma-% auf, vorzugsweise eine Löslichkeit von mindestens
50 ma-%, bevorzugt von mindestens 55 ma-%, besonders bevorzugt von
mindestens 57 ma-% und insbesondere bevorzugt von 60–100 ma-%
auf. Dies hat den Vorteil, dass Polymere mit guter bis sehr guter
Löslichkeit in Xylol zur Verfügung gestellt werden,
die im Gegensatz zu bisher bekannten Systemen mit dieser Eigenschaft
eine sehr enge Molmassenverteilung mit äußerst
niedrigen niedermolekularen Anteilen aufweisen, so dass auch Polymere
zur Verfügung gestellt werden, die trotz ihrer Löslichkeit
in Xylol einen (zumindest in der ersten Aufheizung der DSC) messbaren
kristallinen Anteil und eine (zumindest in der ersten Aufheizung
der DSC) deutlich erkennbare Schmelztemperatur aufweisen. Die unmodifizierten
Polymere mit hoher Löslichkeit in Xylol ermöglichen
die einfache Herstellung radikalisch modifizierter Polymere durch
lösungsmittel-basierte Herstellverfahren. In einer besonderen, bevorzugten
Ausführungsform weisen die zur Modifikation eingesetzten
unmodifizierten Polyolefine eine komplexe Schmelzviskosität
(bestimmt bei 190°C mit einer Deformation von maximal 1%
und einer Messfrequenz von 1 Hz) von maximal 15.000 mPa·s,
bevorzugt von maximal 10.000 mPa·s, besonders bevorzugt
von maximal 7.500 mPa·s und insbesondere bevorzugt von
maximal 5.500 mPa·s auf, während gleichzeitig
ihre Löslichkeit in Xylol bei Raumtemperatur mindestens
70 ma-%, bevorzugt mindestens 75 ma-%, besonders bevorzugt mindestens
80 ma-% und insbesondere bevorzugt über 90 ma-% beträgt.
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Die
unmodifizierten Polymere weisen weiterhin vorzugsweise eine Löslichkeit
in Tetrahydrofuran (THF) bei Raumtemperatur von mindestens 10 ma-%,
bevorzugt von mindestens 25 ma-%, besonders bevorzugt von mindestens
50 ma-% und insbesondere bevorzugt von 60–100 ma-% auf.
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Dies
hat den Vorteil, dass unpolare Polymere mit guter Löslichkeit
in einem polaren Lösungsmittel zur Verfügung gestellt
werden können (z. B. für die Modifikation in Lösungsmittel-basierten
Herstellverfahren), die im Gegensatz zu bisher bekannten Systemen
mit dieser Eigenschaft eine hohe zahlenmittlere Molmasse und eine
sehr enge Molmassenverteilung mit äußerst niedrigen
niedermolekularen Anteilen aufweisen. Insbesondere beträgt
die in der zweiten Aufheizung der DSC bestimmte exotherme Schmelzenergie
für die zur Herstellung der erfindungsgemäßen
modifizierten Polymere eingesetzten unmodifizierten Polymere mit
100%iger Löslichkeit in Tetrahydrofuran bei Raumtemperatur
maximal 20 J/g, bevorzugt zwischen 1 und 18 J/g und besonders bevorzugt
zwischen 2 und 17 J/g. Gleichzeitig liegt die durch Ring- und Kugelmethode
bestimmte Erweichungstemperatur bei mindestens 80°C bevorzugt bei
mindestens 83°C und besonders bevorzugt bei mindestens
85°C und insbesondere bevorzugt bei 90–130°C,
während die Nadelpenetration bei maximal 55·0,1
mm, bevorzugt bei maximal 50·0,1 mm, besonders bevorzugt
bei maximal 45·0,1 mm und insbesondere bevorzugt bei 1–40·0,1
mm liegt.
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Weiterhin
zeichnen sich die zur Modifizierung erfindungsgemäßen
unmodifizierten Polymere dadurch aus, dass sie ohne weitere Zusätze
nach mindestens 24 Stunden Lagerdauer im Zugversuch eine Zugfestigkeit
von mindestens 0,2 MPa, bevorzugt von mindestens 0,5 MPa, besonders
bevorzugt von mindestens 1 MPa und insbesondere von 1,25 bis 20
MPa aufweisen und/oder eine absolute Dehnung von mindestens 10%,
bevorzugt von mindestens 15%, besonders bevorzugt von mindestens
40% und insbesondere bevorzugt von 50–1200% aufweisen,
wobei weitere Vorzugsbereiche zwischen 40 und 250%, zwischen 150
und 650%, zwischen 300 und 750%, zwischen 500 und 950% sowie zwischen 600
und 1.100% liegen.
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In
einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform weisen
die erfindungsgemäß zur Modifizierung eingesetzten
unmodifizierten Polyolefine eine Zugfestigkeit von mindestens 1
MPa, bevorzugt von mindestens 2 MPa und insbesondere bevorzugt von
mindestens 3 MPa auf, während gleichzeitig die absolute
Bruchdehnung mindestens 150%, bevorzugt mindestens 250%, besonders
bevorzugt mindestens 350% und insbesondere bevorzugt mindestens
500% beträgt.
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In
einer weiteren ganz besonders bevorzugten Ausführungsform
weisen die zur Modifizierung eingesetzten unmodifizierten Polyolefine
gleichzeitig eine Schmelzviskosität bei 190°C
von < 5000 mPa·s, eine
Zugfestigkeit von mindestens 1 MPa und eine Erweichungstemperatur
(bestimmt nach der Ring- und Kugelmethode) von > 90°C auf.
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Die
Herstellung der zur Modifizierung eingesetzten unmodifizierten Polyolefine
erfolgt durch in Kontakt bringen eines Metallocen-Katalysators mit mindestens
einem ersten Lösungsmittel, wobei das mindestens eine erste
Lösungsmittel ein nicht halogeniertes aliphatisches Lösungsmittel
ist, mindestens einer durch Alkylgruppen modifizierten Methylaluminoxankomponente,
die gegebenenfalls in einem zweiten Lösungsmittel gelöst
und/oder suspendiert vorliegt, wobei das zweite Lösungsmittel
ein nicht halogeniertes Lösungsmittel ist, das gleich oder
verschieden vom ersten Lösungsmittel sein kann, und mindestens
eines 1-Olefin-Monomers in einem Reaktionsraum und anschließende
Polymerisation des mindestens einen 1-Olefin-Monomers bei einer
Reaktionstemperatur unter Bildung von erfindungsgemäßen
Polyolefinen, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionstemperatur
oberhalb der Siedetemperatur des oder der ersten Lösungsmittel(s)
liegt. Wesentlich ist dabei, dass die Reaktionstemperatur im stationären
Reaktionszustand oberhalb der Siedetemperatur des oder der ersten
Lösungsmittel(s) und vorzugsweise gleichzeitig unterhalb
des Erweichungspunktes (bestimmt nach der Ring- und Kugelmethode)
des erfindungsgemäß hergestellten Polymers liegt.
Insbesondere liegt die Polymerisationstemperatur im stationären
Reaktionszustand mindestens 10 K unterhalb der Erweichungstemperatur,
bevorzugt mindestens 15 K, besonders bevorzugt mindestens 20 K und
insbesondere bevorzugt mindestens 25 K. Letzteres ist ein besonders
herausragendes Charakteristikum des erfindungsgemäßen
Verfahrens, weil es trotz dieser Temperaturführung bei Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht zur Ausbildung
von makroskopischen Polymerpartikeln (wie sie etwa bei einer Slurrypolymerisation vorliegen)
im Polymerisationsmedium kommt, sondern in homogener Phase polymerisiert
wird.
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Das
mindestens eine erste Lösungsmittel ist ausgewählt
aus nicht halogenierten cyclischen und/oder linearen aliphatischen
Lösungsmitteln. Vorzugsweise weist das Lösungsmittel
eine Siedetemperatur bei Normaldruck von nicht mehr als 101°C auf.
Vorzugsweise weisen die aliphatischen Lösungsmittel eine
Siedetemperatur bei Normaldruck von nicht mehr als 80°C,
bevorzugt von nicht mehr als 60°C, besonders bevorzugt
von nicht mehr als 40°C und insbesondere bevorzugt von
nicht mehr als 20°C auf.
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Insbesondere
handelt es sich bei den nicht halogenierten aliphatischen Lösungsmitteln
um cyclische und/oder lineare aliphatische Verbindungen mit nicht
mehr als 7 C-Atomen, vorzugsweise mit nicht mehr als 6 C-Atomen
und besonders bevorzugt mit nicht mehr als 5 C-Atomen. Besonders
bevorzugt ist das nicht halogenierte aliphatische Lösungsmittel ausgewählt
aus der Gruppe umfassend Propan, Butan, Pentan, Cyclopentan, Methylcyclopentan,
Hexan, Cyclohexan, Methylcyclohexan, Heptan oder Mischungen hieraus.
Ganz besonders bevorzugt ist das Lösungsmittel Propan und/oder
n-Butan.
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Der
Metallocen-Katalysator, der im vorliegenden Verfahren vorzugsweise
eingesetzt wird, ist ausgewählt aus Verbindungen gemäß der
Formel I ZxR1R1aYR2R2a(IndR3R4R5R6R7R8)2MCl2
I worin
M ein Übergangsmetall ist, ausgewählt aus der Gruppe
umfassend Zr, Hf und Ti, vorzugsweise Zr, worin Ind Indenyl bedeutet
und worin ZxR1R1aYR2R2a als
Brücke die Indenyl-Reste verbindet, mit Z und Y ausgewählt
aus Kohlenstoff und/oder Silizium, mit x = 0 oder 1, worin R1, R1a und R2 und R2a unabhängig voneinander
ausgewählt sind aus H, linearen oder verzweigten Alkylgruppen
mit 1 bis 6 C-Atomen, Alkoxylalkylgruppen mit 1 bis 6 C-Atomen,
Arylgruppen oder Alkoxyarylgruppen mit 6 bis 10 C-Atomen und mit
R3 bis R8 ausgewählt
aus der Gruppe umfassend H und/oder lineare oder verzweigte Alkylgruppen
mit 1 bis 10 C-Atomen, Alkylarylgruppen, Arylalkylgruppen oder Arylgruppen
mit 6 bis 10 C-Atomen. Vorzugsweise sind die Reste R3,
R5 und/oder R7 ausgewählt
aus der Gruppe umfassend H und/oder lineare oder verzweigte Alkylgruppen
mit 1 bis 10 C-Atomen oder Arylgruppen mit 6 bis 10 C-Atomen, insbesondere
lineare oder verzweigte Alkylgruppen mit 1 bis 10 C-Atomen. Sind
R6 und R7 gleichzeitig
nicht mit H substituiert, so sind R6 und
R7 insbesondere bevorzugt miteinander verknüpft,
insbesondere in Form eines kondensierten Benzylrings. Besonders
bevorzugt sind R3 bis R8 Wasserstoff,
das heißt der Indenylring ist unsubstituiert. In einer
besonderen Ausführungsform sind die Indenylliganden Tetrahydroindenylliganden.
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Die
Metallocenverbindung ist bevorzugt eine der Formeln II,
worin R
1 bis
R
8 die vorab genannte Bedeutung haben.
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Lineare
und verzweigte Alkylgruppen mit 1 bis 10 C-Atomen sind insbesondere
Substituenten ausgewählt aus der Gruppe umfassend Methyl, Ethyl,
Propyl, iso-Propyl, Butyl, tert.-Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl,
Nonyl oder Decyl.
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Alkoxygruppen
mit 1 bis 4 C-Atomen sind insbesondere ausgewählt aus der
Gruppe umfassend Methoxy, Ethoxy, iso-Propyloxy, tert-Butyloxy.
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Arylgruppen
mit 6 bis 10 C-Atomen sind insbesondere ausgewählt aus
der Gruppe umfassend Benzyl, Phenyl und Indenyl.
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Alkylarylgruppen
mit 6 bis 10 C-Atomen sind insbesondere ausgewählt aus
der Gruppe umfassend Methylenphenyl, Methylenindenyl und Ethylbenzyl.
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Aryalkyllgruppen
mit 6 bis 10 C-Atomen sind insbesondere ausgewählt aus
der Gruppe umfassend Methylphenyl, Dimethylphenyl, Ethylphenyl, Ethyl-Methylphenyl
und Methylindenyl.
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Alkoxyarylgruppen
mit 6 bis 10 C-Atomen sind insbesondere ausgewählt aus
der Gruppe umfassend Methoxyphenyl, Dimethoxyphenyl, Ethyoxyphenyl,
Methoxy-Ethoxyphenyl und Methoxyindenyl, wobei mindestens eine der
enthaltenen Alkoxygruppen in para-Stellung zur Verknüpfung
des Substituenten steht.
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Insbesondere
ist ZxR1R1aYR2R2a ausgewählt aus
der Gruppe umfassend -CH2-, -HCCH3- -C(CH3)2-, -CH2CH2-, -C(CH3)2C(CH3)2-, -CH2C(CH3)2-,
-Si(CH3)2-, -Si(CH3)2Si(CH3)2-, -Si(CH3)2C(CH3)2-,
-C(CH3)2Si(CH3)2-, -C(C6H5)2-, -C(C6H4OCH3)2-, -C(OCH2C6H5)2-,
-C(OCH3)2-, -C(OCH3)2C(OCH3)2, und -CH2C(OCH3)2-.
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Ganz
besonders bevorzugt handelt es sich bei der Metallocenverbindung
im vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren um
Ethylidenbis(indenyl)-Zirkoniumdichlorid, Diphenylsilyl-bis(indenyl)-Zirkoniumdichlorid,
Dimethylmethylen-bis(indenyl)Zirkoniumdichlorid, Dimethylsilyl-bis(2-methylindenyl)Zirkoniumdichlord,
Dimethylsilyl-bis(2-methyl-4,6-diisopropylindenyl)-Zirkoniumdichlorid
oder Dimethylsilyl-bis(2-methyl-benzoindenyl)-Zirkoniumdichlorid
oder Ethylidenbis(tetrahydroindenyl)-Zirkoniumdichlorid.
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Die
genannten Verbindungen liegen vorzugsweise als racemisches Enantiomerengemisch vor
und enthalten insbesondere bevorzugt nicht die enantiomorphe, optisch
inaktive meso-Form in signifikantem Umfang. Der Anteil der meso-Form
ist bei der vorliegenden Erfindung nicht größer
als 5 ma-%, vorzugsweise nicht größer als 2 ma-%
und insbesondere bevorzugt nicht größer als 1
ma-%.
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Der
Katalysator wird dem Polymerisationsraum vorzugsweise zusammen mit
einem hohen Überschuss an aliphatischem Kohlenwasserstoff(en) zugeführt,
besonders bevorzugt des ersten Lösungsmittels, wobei er
besonders bevorzugt in homogener Form, d. h. vollständig
gelöst zugeführt wird.
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Die
bei der Polymerisation eingesetzten 1-Olefin-Monomere können
grundsätzlich aus allen dem Fachmann bekannten 1-Olefinen
ausgewählt werden. Insbesondere ist das mindestens eine 1-Olefin-Monomer
ausgewählt aus der Gruppe umfassend Ethylen und lineare
1-Olefine. Geeignete lineare 1-Olefine sind insbesondere Propen
und/oder 1-Buten.
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Die
mindestens eine durch Alkylgruppen modifizierte Methylaluminoxankomponente
dient im erfindungsgemäßen Verfahren als Cokatalysator.
Insbesondere handelt es sich bei dem Cokatalysator um eine Verbindung
der Formel III für den linearen Typ
und/oder der Formel IV für
den cyclischen Typ
wobei in den Formeln III
und IV R
8 Methyl und/oder iso-Butyl bedeutet
und n eine ganze Zahl von 2 bis 50 ist. Insbesondere sind 15 bis
45 mol-% der Reste R
8 iso-Butyl, bevorzugt
17 bis 45 mol-%, besonders bevorzugt 19 bis 43 mol-% und insbesondere
bevorzugt 20 bis 40 mol-%. Erst durch den Anteil an iso-Butyl-Resten
wird eine Löslichkeit des Cokatalysators in nicht aromatischen
Lösungsmitteln ermöglicht. Vorzugsweise liegt
der Cokatalysator in einem zweiten Lösungsmittel gelöst
vor, dessen Siedetemperatur insbesondere bevorzugt bei maximal 101°C
liegt. Das zweite Lösungsmittel des Cokatalysators ist
insbesondere ausgewählt aus linearen Alkanen mit 3-7 C-Atomen,
bevorzugt mit 4-6 C-Atomen, wobei vorzugsweise die Siedetemperatur
des zweiten Lösungsmittels deutlich unterhalb der Polymerisationstemperatur
liegt, dies ist jedoch nicht zwingend. Insbesondere handelt es sich
bei dem zweiten Lösungsmittel um Propan, n-Butan, n-Pentan,
Cyclopentan, Methylcyclopentan, n-Hexan, Cyclohexan, Methylcyclohexan
und/oder n-Heptan.
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Bei
dem Reaktionsraum zur Durchführung des Herstellverfahrens
kann es sich um einen Rührkessel, eine Rührkesselkaskade
mit mindestens zwei Rührkesseln, ein Strömungsrohr
und/oder ein Strömungsrohr mit Zwangsförderung
(z. B. eine Schneckenmaschine) handeln. Dabei können die
oben genannten Reaktoren entweder als Einzellösung oder in
beliebiger Kombination eingesetzt werden.
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Die
Regelung der Molmasse kann über die gewählte Polymerisationstemperatur
und/oder die Zudosierung und Einmischung von gasförmigem Wasserstoff
in die Polymerisationsmasse erfolgen, besonders bevorzugt erfolgt
die Steuerung der Molmasse ohne den Einsatz von gasförmigem
Wasserstoff nur über die Wahl der entsprechenden Polymerisationstemperatur.
Für den Fall, dass Wasserstoff zur Regelung der Molmasse
eingesetzt wird, wird dieser bevorzugt in die flüssige
Reaktionsphase dosiert, wobei die Dosierung über den Boden
des Reaktionsraumes und/oder über ein verwendetes Vermischungsorgan
z. B. einen Rührer erfolgt.
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Das
erhaltene Polymer wird nach der Polymerisation entweder durch Ausfällen
in einem gegenpolaren Fällungsmittel (etwa Wasser und/oder
Alkoholen wie z. B. Ethanol, Isopropanol oder Butanol) oder durch
direkte Entgasung mit anschließendem Aufschmelzvorgang
erhalten. Im Anschluss an die Entgasung kann das hergestellte Polymer
einer weiteren Konfektionierung unterzogen werden, wobei es sich
bei der Konfektionierung um eine Additivierung und/oder eine Pulverisierung
und/oder eine Pelletierung und/oder eine Granulierung handelt. Auch
die direkte Weiterverarbeitung des schmelzflüssigen Polymers
ist möglich.
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Auf
die oben beschriebenen unfunktionalisierten Basispolymere sind bei
den erfindungsgemäßen funktionalisierten Polyolefinen
ein oder mehrere funktionelle Gruppen aufweisende Monomere aufgepfropft.
Die aufzupfropfenden Monomere besitzen dabei vorzugsweise olefinische
Doppelbindungen. Insbesondere sind die ein oder mehreren funktionellen
Gruppen aufweisende Monomere ausgewählt aus der Gruppe
der Carbonsäuren und/oder Carbonsäurederivate
(beispielsweise Maleinsäureanhydrid, Maleinsäure,
Itaconsäure, Itaconsäureanhydrid, Citronensäureanhydrid,
Acrylsäure, Methacrylsäure), der Acrylate (beispielsweise
Hydroxymethylacrylat, Hydroxyethylacrylat, Hydroxypropylacrylat,
Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Buthylmethacyrlat, Glycidylmethacylat
usw.), der Vinylsilane (beispielsweise Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan,
Vinyl-tris(2-methoxy-ethoxy)silan, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan,
3-Methacryloxypropyltriethoxysilan, Vinyldimethylethoxysilan und/oder
Vinylmethyldibutoxysilan, insbesondere Vinyltrimethoxysilan), der
Vinylaromaten (beispielsweise Styrol, α-Methylstyrol, Divinylbenzol,
Aminostyrol, Styrolsulfonsäure usw.), der cyclischen Imidoester
bzw. deren Vinylverbindungen (z. B. Isopentenyl-2-oxazolin, Ricinoloxazolinmaleinat usw.),
der Vinylimidazoline (z. B. 1-Vinylimidazol), der Vinylpyrolidone
(z. B. N-Vinylpyrrolidon), und/oder der alicyclischen Vinylverbindungen (beispielsweise
4-Vinyl-1-cyclohexen, Vinylcyclohexan, Vinylcyclopentan usw.).
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Die
modifizierten Polymere weisen besondere Eigenschaften auf, die teilweise
auf die Eigenschaften der zur Modifizierung eingesetzten Basispolymere,
teilweise auf die verwendeten Pfropfmonomere, teilweise auf das
zur Modifikation verwendete Verfahren bzw. eine Kombination zurückzuführen sind.
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Bezüglich
der Eigenschaften der erfindungsgemäßen modifizierten
Polyolefine ist insbesondere der Einfluss der Modifikation auf die
Materialeigenschaften zu beachten. So neigen insbesondere Vinylsilane
mit Alkoxygruppen zur Vernetzung bei Anwesenheit von Feuchtigkeit,
so dass eine Veränderung der Materialeigenschaften (z.
B. Schmelzviskosität, Nadelpenetration, Erweichungspunkt
usw.) je nach Lagerbedingungen erfolgt. Die im Folgenden aufgeführten
Eigenschaften verstehen sich (sofern nicht ausdrücklich
anders vermerkt) als Eigenschaften von unvernetzten Materialien
ohne weitere Zusatzstoffe.
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So
beträgt die Schmelzviskosität des erfindungsgemäßen
modifizierten (gepfropften) Polyolefins im unvernetzten Zustand,
bestimmt mit Oszillationsrheometrie bei 1 Hz und einer Deformation
von maximal 1% bei 190°C, 500–95.000 mPa·s,
vorzugsweise 1.000–85.000 mPa·s, besonders bevorzugt 1.500–75.000
mPa·s und insbesondere bevorzugt 2.000–65.000
mPa·s, wobei weitere Vorzugsbereiche zwischen 2.500 und
5.500, 5.000 und 12.500, 9.000 und 17.500, 15.000 und 27.500 sowie
zwischen 20.000 und 60.000 mPa·s liegen. Dabei zeigen die
Schmelzen der erfindungsgemäßen modifizierten Polymere
sowohl ein viskoelastisches wie auch ein strukturviskoses Verhalten.
Es werden somit modifizierte Polyolefine zur Verfügung
gestellt, die sich auf Grund ihrer variablen Schmelzviskosität
im unvernetzten Zustand für die unterschiedlichsten Applikationsverfahren
eignen, und dementsprechend auch in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen
(z. B. Schmelzklebstoffe, Dichtmassen, Formmassen, Primer usw.)
zum Einsatz kommen können. Ein besonders Merkmal der erfindungsgemäßen
modifizierten Polyolefine ist, dass ihre Strukturviskosität
(d. h. die Abhängigkeit der Schmelzviskosität
von der Schergeschwindigkeit) im unvernetzten Zustand mit steigendem
Molekulargewicht zunimmt.
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Der
Erweichungspunkt des unvernetzten erfindungsgemäßen
modifizierten (gepfropften) Polyolefins, gemessen mittels Ring & Kugel-Methode,
beträgt 80 bis 155°C, bevorzugt 85 bis 150°C,
besonders bevorzugt 87 bis 145°C und insbesondere bevorzugt
von 90 bis 140°C, wobei weitere Vorzugsbereiche zwischen
90 und 99°C, zwischen 98 und 110°C, zwischen 108
und 122 sowie zwischen 120 und 140°C liegen. Es werden
somit modifizierte Polyolefine zur Verfügung gestellt,
die je nach Polymerzusammensetzung und aufgepfropften Monomeren
einen niedrigen bis mittleren Erweichungspunkt aufweisen, d. h.
einerseits auch im unvernetzten Zustand zu einer ausreichenden Wärmestandfestigkeit einer
unter Verwendung der erfindungsgemäßen modifizierten
Polyolefine hergestellten Verklebung führen, andererseits
aber auch eine Verarbeitung (vor allem in der Schmelze) bei moderaten
Verarbeitungs- und Applikationstemperaturen zulassen, und somit auch
für temperatursensitive Anwendungen geeignet sind.
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Die
Nadelpenetration des unvernetzten erfindungsgemäßen
modifizierten Polyolefins beträgt zwischen 2 und 45·0,1
mm, bevorzugt zwischen 3 und 40·0,1 mm, besonders bevorzugt
zwischen 4 und 35·0,1 mm und insbesondere bevorzugt zwischen
5 und 30·0,1 mm. Es werden somit modifizierte Polyolefine
zur Verfügung gestellt, die im unvernetzten Zustand eine
gute Balance zwischen Festigkeit/Härte und Flexibilität
aufweisen.
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Die
Zugfestigkeit der erfindungsgemäßen modifizierten
Polyolefine liegt (ohne weitere Zusätze) im unvernetzten
Zustand zwischen 1 und 25 MPa, bevorzugt zwischen 1,5 und 20 MPa,
besonders bevorzugt zwischen 2 und 18 MPa und insbesondere bevorzugt
zwischen 2,5 und 16 MPa, wobei weitere Vorzugsbereiche zwischen
2 und 7,5 MPa, zwischen 5 und 13 MPa, zwischen 7,5 und 15 MPa sowie
zwischen 10 und 16 MPa liegen. Dadurch wird insbesondere eine hohe
Grundkohäsion im unvernetzten Zustand gewährleistet.
Die im Zugversuch ermittelte Reißdehnung der erfindungsgemäßen,
modifizierten Polyolefine liegt (ohne weitere Zusätze)
im unvernetzten Zustand zwischen 10 und 1.200%, bevorzugt zwischen
15 und 1.100%, besonders bevorzugt zwischen 20 und 1.000% und insbesondere
bevorzugt zwischen 20 und 900% wobei weitere Vorzugsbereiche zwischen
25 und 225%, zwischen 200 und 450% sowie zwischen 400 und 850% liegen.
Dadurch werden modifizierte Polyolefine zur Verfügung gestellt, die
im unvernetzten Zustand über ein hohes Maß an Flexibilität
verfügen.
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In
einer besonderen bevorzugten Ausführungsform liegt die
Nadelpenetration des unvernetzten erfindungsgemäßen
modifizierten Polyolefins bei maximal 15·0,1 mm, bevorzugt
bei maximal 12·0,1 mm und insbesondere bevorzugt zwischen
2 und 10·0,1 mm, während gleichzeitig der Erweichungspunkt
zwischen 80 und 140°C bevorzugt zwischen 90 und 135 und
insbesondere bevorzugt zwischen 95 und 132°C liegt wobei
gleichzeitig die Zugfestigkeit maximal 15 MPa, bevorzugt maximal
12 MPa, besonders bevorzugt maximal 10 MPa beträgt und
insbesondere bevorzugt zwischen 2 und 9 MPa liegt, wobei gleichzeitig
die Reißdehnung maximal 500%, bevorzugt maximal 450%, besonders
bevorzugt maximal 400% beträgt, und insbesondere bevorzugt
zwischen 40 und 380% liegt.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es
sich bei mindestens einem der zur Modifikation verwendeten Monomeren
um ein Silizium-haltiges Monomer, insbesondere um ein Vinylsilan.
Die erfindungsgemäßen modifizierten Polyolefine
weisen für diesen Fall (nach vollständiger Abtrennung
von unreagiertem Restmonomer) einen durch RFA-Spektroskopie (Röntgenfluoreszenzspektroskopie)
bestimmten Siliziumgehalt von mindestens 0,25 ma-%, bevorzugt von
mindestens 0,30 ma-%, besonders bevorzugt von mindestens 0,35 ma-%
und insbesondere bevorzugt von 0,40–2 ma-% auf, wobei weitere
besonders bevorzugte Bereiche zwischen 0,4 und 0,75 ma-%, zwischen
0,7 und 0,95 ma-%, zwischen 0,8 und 1,25 ma-% und zwischen 1,1 und
2 ma-% liegen. Die erfindungsgemäßen modifizierten
Polymere welche einen Siliziumgehalt von mindestens 0,25 ma-% aufweisen
zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie (ohne weitere Zusätze)
nach einer Lagerdauer von mindestens 14 Tagen im Klimaschrank (20°C/65%
relative Luftfeuchte) in einer reinen Polypropylenverklebung (Material:
unbehandeltes isotaktisches Polypropylen) eine Klebscherfestigkeit
von mindestens 1,5 N/mm2, bevorzugt von
mindestens 1,75 N/mm2, besonders bevorzugt von
mindestens 2 N/mm2 und insbesondere bevorzugt
von mindestens 2,25 N/mm2 aufweisen. Weiterhin
zeichnen sie sich dadurch aus, dass sie (ohne weitere Zusätze)
in einer reinen Holzverklebung (Holzart: unbehandelte Buche) nach
mindestens 14 Tagen Lagerung im Klimaschrank (20°C/65%
relative Luftfeuchte) eine Klebscherfestigkeit von mindestens 1,5
N/mm2, bevorzugt von mindestens 2,0 N/mm2, besonders bevorzugt von mindestens 2,5
N/mm2 und insbesondere bevorzugt von mindestens
3,0 N/mm2 aufweisen.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform handelt
es sich bei mindestens einem der zur Modifikation verwendeten Monomeren um
eine Carbonsäure bzw. ein Carbonsäureanhydrid.
Für diesen Fall beträgt der durch Elementaranalyse
bestimmte Sauerstoffgehalt insbesondere mindestens 0,1 ma-%, bevorzugt
mindestens 0,15 ma-%, besonders bevorzugt mindestens 0,2 ma-% und
insbesondere bevorzugt mindestens 0,25 ma-%. Diese erfindungsgemäßen
modifizierten Polyolefine zeichnen sich insbesondere durch eine
sehr gute Haftung auf Metallen, insbesondere auf Aluminium aus.
Die erfindungsgemäßen modifizierten Polymere welche
einen Sauerstoffgehalt von mindestens 0,1 ma-% aufweisen, zeichnen
sich insbesondere dadurch aus, dass sie (ohne weitere Zusätze)
nach einer Lagerdauer von mindestens 14 Tagen im Klimaschrank (20°C/65%
relative Luftfeuchte) in einer reinen Aluminiumverklebung (Material:
unbehandeltes Aluminium, 99.5) eine Klebscherfestigkeit von mindestens
0,5 N/mm2, bevorzugt von mindestens 0,6 N/mm2, besonders bevorzugt von mindestens 0,7 N/mm2 und insbesondere bevorzugt von mindestens 0,75
N/mm2 aufweisen.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform handelt
es sich bei mindestens einem der zur Modifikation verwendeten Monomeren um
ein Acrylat bzw. Methacrylat. Für diesen Fall beträgt
der durch Elementaranalyse bestimmte Sauerstoffgehalt mindestens
0,15 ma-%, bevorzugt mindestens 0,25 ma-%, besonders bevorzugt mindestens
0,3 ma-% und insbesondere bevorzugt mindestens 0,35 ma-%. Diese
erfindungsgemäßen modifizierten Polyolefine zeichnen
sich insbesondere durch eine gute Haftung auf Acrylat-basierten
Polymeren, wie z. B. Polymethylmethacrylat, sowie auf unbehandelten
Polyolefinoberflächen aus. Die erfindungsgemäßen
Acrylat-modifizierten Polymere welche einen Sauerstoffgehalt von
mindestens 0,15 ma-% aufweisen, zeichnen sich insbesondere dadurch
aus, dass sie (ohne weitere Zusätze) nach einer Lagerdauer von
mindestens 14 Tagen im Klimaschrank (20°C/65% relative
Luftfeuchte) in einer reinen PMMA-Verklebung (Formmasse „7N”,
Evonik Röhm GmbH; Verklebungstemperatur 200°C)
eine Klebscherfestigkeit von mindestens 0,5 N/mm2,
bevorzugt von mindestens 0,75 N/mm2, besonders
bevorzugt von mindestens 1,0 N/mm2 und insbesondere
bevorzugt von mindestens 1,25 N/mm2 aufweisen.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform handelt
es sich bei mindestens einem der zur Modifikation verwendeten Monomeren um
ein Silanacrylat. Für diesen Fall beträgt der
durch RFA-Spektroskopie (Röntgenfluoreszenzspektroskopie)
bestimmten Siliziumgehalt mindestens 0,15 ma-%, bevorzugt mindestens
0,20 ma-%, besonders bevorzugt mindestens 0,25 ma-% und insbesondere bevorzugt
von 0,30–2 ma-%.
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Diese
erfindungsgemäßen modifizierten Polyolefine zeichnen
sich insbesondere durch eine gute Haftung auf Glas, Metallen, unbehandelten
Polyolefinen und PMMA aus und sind gleichzeitig Vernetzbar, was
zu sehr hohen Zugscherfestigkeiten führt.
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Polyolefine
mit den genannten bevorzugten Eigenschaften eignen sich in ganz
besonderer Weise für Verklebungen, insbesondere für
den Einsatz als oder in Heißschmelzklebstoffen und zeigen
vorteilhafte Eigenschaften gegenüber bekannten Systemen.
Dies gilt insbesondere für die weiter verbesserte Haftung
auf unbehandelten Polyolefinen, insbesondere auf unbehandeltem Polypropylen
sowie Papier/Pappe, Holz, Glas, polaren Kunststoffen wie z. B. Polycarbonat,
Polyethylenterephhalat usw. und oder Metallen, insbesondere Aluminium.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Verfahren zur
Herstellung eines erfindungsgemäßen modifizierten
Polyolefins, dadurch gekennzeichnet, dass ein teilkristallines Polyolefin mit
einem durch 13C-NMR-Spektroskopie bestimmten Gehalt
an Ethylen von maximal 30 ma-%, entweder 70–98 ma-% oder
maximal 30 ma-% Propylen und/oder entweder 70–100 ma-%
oder maximal 25 ma-% 1-Buten, wobei die Summe der Anteile 100 ma-%
beträgt, welches sich weiterhin dadurch auszeichnet, dass
seine ebenfalls durch 13C-NMR bestimmte
Triadenverteilung für Propentriaden (für den Fall,
dass die Polymere Propentriaden enthalten) einen ataktischen Anteil
von 20–55 ma-%, einen syndiotaktischen Anteil von maximal
30 ma-% und einen isotaktischen Anteil von 40–80 ma-% aufweisen, und/oder
die durch 13C-NMR bestimmte Triadenverteilung
für 1-Butentriaden (für den Fall, dass die erfindungsgemäßen
Polymere 1-Butentriaden enthalten) einen ataktischen Anteil von
2–85 ma-% und einen syndiotaktischen Anteil von maximal
20 ma-% aufweisen, wobei sich die Anteile isotaktischer, syndiotaktischer
und ataktischer Triaden von Propen bzw. 1-Buten jeweils zu 100%
addieren, wobei das unfunktionalisierte Polymer unter Verwendung
eines Metallocen-Katalysators hergestellt worden ist, mit mindestens
einem Radikalstarter und einem oder mehreren funktionelle Gruppen
aufweisende Monomeren in Kontakt gebracht wird, woraufhin eine Pfropfreaktion
der ein oder mehreren funktionelle Gruppen aufweisende Monomere
auf das Polyolefin stattfindet.
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Die
ein oder mehreren Monomere können auf das Basispolymer
nach allen Methoden des Standes der Technik aufgepfropft werden,
beispielsweise in Lösung oder bevorzugt in der Schmelze,
wobei ein bzw. mehrere Radikalspender in ausreichender Menge eingesetzt
wird/werden. Eine geeignete Arbeitsweise kann der
DE-OS 40 00 695 entnommen werden,
auf die ausdrücklich Bezug genommen wird. Beispielsweise
können folgende Radikalspender verwendet werden: Diacylperoxide
wie z. B. Dilaurylperoxid oder Didecanoylperoxid, Alkylperester
wie z. B. tert-Butylperoxy-2-ethylhexanoat, Perketale wie z. B. 1,1-Di(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan oder
1,1-Di(tert-butylperoxy)cyclohexan, Dialkylperoxide wie z. B. tert-Butylcumylperoxid,
Di(tert.butyl)peroxid oder Dicumylperoxid, C-Radikalspender wie
z. B. 3,4-Dimethyl-3,4-diphenylhexan oder 2,3-Dimethyl-2,3-diphenylbutan
sowie Azoverbindungen wie z. B. Azobisisobutyronitril, 2,2'-Azo-di(2-acetoxypropan)
usw. Das Aufpfropfen erfolgt insbesondere bei einer Temperatur von
30 bis 250°C.
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In
einer besonderen Ausführungsform handelt es sich um ein
Lösungsverfahren, wobei aliphatische und/oder aromatische
Kohlenwasserstoffe und/oder cyclische Ether als Lösungsmittel
eingesetzt werden können. Besonders bevorzugt wird als Lösungsmittel
mindestens ein aromatischer Kohlenwasserstoff eingesetzt. Geeignete
aromatische Kohlenwasserstoffe sind insbesondere Trichlorbenzol, Dichlorbenzol,
Toluol und Xylol, besonders bevorzugt wird Xylol eingesetzt. Besonders
bevorzugte aliphatische Kohlenwasserstoffe sind beispielsweise Propan,
n-Butan, Hexan, Heptan, Cyclohexan und Octan. Besonders bevorzugter
cyclischer Ether ist Tetrahydrofuran (THF).
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Werden
Ether, insbesondere cyclische Ether als Lösungsmittel verwendet,
so müssen der verwendete Initiator sowie die Reaktionsbedingungen
mit besondere Sorgfalt ausgewählt werden, um die Bildung
von explosiven Peroxiden der verwendeten Ether zu unterbinden bzw.
zu kontrollieren. Insbesondere ist der zusätzliche Einsatz
spezieller Inhibitoren (z. B. IONOL) zu erwägen.
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Im
Fall eines Pfropfprozesses in Lösung liegt die Konzentration
des eingesetzten Basispolymers bei mindestens 10 ma-%, bevorzugt
bei mindestens 15 ma-%, besonders bevorzugt bei mindestens 20 ma-%
und insbesondere bevorzugt bei mindestens 22,5 ma-%. Die Reaktionstemperatur
des Pfropfprozesses in Lösung liegt bei 30 bis 200°C,
bevorzugt bei 40 bis 190°C, besonders bevorzugt bei 50
bis 180°C und insbesondere bevorzugt bei 55 bis 140°C. Die
Lösungspfropfung erfolgt entweder in diskontinuierlicher
oder in kontinuierlicher Weise. Im Fall einer diskontinuierlichen
Reaktionsführung wird zunächst das feste Polymer
(z. B. als Granulat, Pulver usw.) im verwendeten Lösungsmittel
gelöst. Alternativ dazu wird direkt eine konditionierte
Polymerisationslösung aus dem Herstellverfahren des Basispolymers
verwendet, und auf Reaktionstemperatur gebracht. Es folgt die Zugabe
des Monomers/der Monomeren und der/des Radikalstarter(s). In einer
besonders bevorzugten Ausführungsform werden Lösungsmittel
Basispolymere(e) und Monomer(e) vorgelegt und auf Reaktionstemperatur
gebracht, während der/die Radikalstarter über
einen definierten Zeitraum kontinuierlich zudosiert wird/werden.
Dies hat den Vorteil, dass die stationäre Radikalkonzentration
niedrig ist, und daher das Verhältnis von Pfropfreaktion
zu Kettenspaltung besonders günstig (d. h. mehr Pfropfreaktion
und weniger Kettenspaltung) ausfällt. In einer weiteren
besonders bevorzugten Ausführungsform werden Lösungsmittel
und Basispolymer(e) vorgelegt und auf Reaktionstemperatur gebracht,
während Monomer(e) und Radikalstarter – gemeinsam
(z. B. in Form einer Mischung) oder voneinander getrennt – über
einen definierten Zeitraum kontinuierlich zudosiert werden. Dies
hat den Vorteil, dass sowohl die stationäre Radikalkonzentration
als auch die Monomerkonzentration am Reaktionsort niedrig sind,
was sowohl die Kettenspaltung als auch die Bildung von Homopolymeren
zurückdrängt. Dies ist insbesondere bei der Verwendung
von Monomeren wichtig, die bei Reaktionstemperatur stark zur thermisch
initiierten (Homo)polymerisation neigen. Ganz besonders bevorzugt
wird im Anschluss an die unterschiedlichen definierten Zudosierungszeiträume
eine weitere Menge an Radikalstarter(n) zudosiert, um den Gehalt an
Restmonomeren in der Reaktionslösung zu minimieren. Als
Reaktor wird bevorzugt ein Rührkessel verwendet, die Verwendung
alternativer Reaktionsbehälter wie z. B. diskontinuierlicher
Knetreaktoren ist ebenfalls möglich, und insbesondere bei
niedrigen Reaktionstemperaturen und/oder hohen Polymerkonzentrationen
bevorzugt.
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Im
Fall einer kontinuierlichen Reaktionsführung wird zunächst
in einem oder mehreren Vorlagebehältern (z. B. Rührkesseln)
das feste Polymer in mindestens einem Lösungsmittel gelöst
und anschließend kontinuierlich in den/die Reaktionsbehälter
dosiert. In einer alternativen, ebenfalls besonders bevorzugten
Ausführungsform, wird direkt eine konditionierte Polymerlösung
aus einem Herstellprozess des Basispolymers verwendet. In einer
weiteren ebenfalls besonders bevorzugten Ausführungsform wird
das feste Polymer (z. B. in Form von Pulver, Granulat, Pellets usw.)
zusammen mit mindestens einem Lösungsmittel kontinuierlich
in eine (ein- oder mehrwellige) Schneckenmaschine oder einen Kontikneter dosiert,
unter Einwirkung von Temperatur und/oder Scherung gelöst,
und anschließend kontinuierlich in den/die Reaktionsbehälter
dosiert. Als Reaktionsbehälter bzw. Reaktoren für
die Durchführung der kontinuierlichen Pfropfreaktion in
Lösung kommen kontinuierliche Rührkessel, Rührkesselkaskaden,
Strömungsrohre, Strömungsrohre mit Zwangsförderung (z.
B. Schneckenmaschinen), Reaktionskneter sowie deren beliebige Kombinationen
in Frage. Werden Strömungsrohre mit Zwangsförderung
eingesetzt, so handelt es sich dabei bevorzugt um Extruder, wobei sowohl
ein-, zwei- wie auch mehrwellige Extruder eingesetzt werden können.
Besonders bevorzugt werden zwei- und/oder mehrwellige Extruder eingesetzt.
Insbesondere bevorzugt zur kontinuierlichen Herstellung der erfindungsgemäßen
modifizierten Polymere in Lösung ist die Verwendung einer
Reaktorkombination aus Strömungsrohr, Strömungsrohr mit
Zwangsförderung und kontinuierlichem Rührkessel
in beliebiger Reihenfolge, wobei bevorzugt entweder im Strömungsrohr
mit Zwangsförderung oder im kontinuierlichen Rührkessel
auch die Entfernung von Restmonomeren und flüchtigen Neben-/Abbauprodukten
erfolgt.
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Alternativ
bevorzugt handelt es sich um ein Schmelzeverfahren, wobei mindestens
ein Radikalstarter direkt in die Schmelze dosiert wird. Insbesondere
liegt bei dieser Verfahrensvariante die Temperatur der Polymermasse
zum Zeitpunkt der Zudosierung mindestens eines Radikalstarters oberhalb
der SADT (Self accelerating decompositon temperature = Temperatur
oberhalb der eine selbstbeschleunigende Zersetzung einsetzen kann)
mindestens eines der zudosierten Radikalstarter. Die Reaktionstemperatur
des Pfropfprozesses in der Schmelze liegt bei 160–250°C,
bevorzugt bei 165–240°C, besonders bevorzugt bei
168 bis 235°C und insbesondere bevorzugt bei 170 bis 230°C.
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Die
Schmelzepfropfung erfolgt entweder in diskontinuierlicher oder in
kontinuierlicher Fahrweise. Im Fall einer diskontinuierlichen Reaktionsführung wird
das feste Polymer (z. B. als Granulat, Pulver, Pellets usw.) zunächst
aufgeschmolzen und gegebenenfalls homogenisiert. Alternativ wird
direkt eine konditionierte Polymerschmelze aus einem Polymerisationsprozess
verwendet und auf Reaktionstemperatur gebracht. Es folgt die Zugabe
von Monomere(en) und Radikalstarter(n).
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In
einer besonderen Ausführungsform werden Monomer(e) und
Polymerschmelze homogen durchmischt und auf Reaktionstemperatur
gebracht, während der/die Radikalstarter über
einen definierten Zeitraum kontinuierlich zudosiert werden. Dies
hat den Vorteil, dass die stationäre Radikalkonzentration niedrig
ist, und daher das Verhältnis von Pfropfreaktion zu Kettenspaltung
besonders günstig (d. h. mehr Pfropfreaktion und weniger
Kettenspaltung) ausfällt.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird
die Polymerschmelze vorgelegt und homogenisiert, während
Monomer(e) und Radikalstarter gemeinsam (z. B. in Form einer Mischung)
oder getrennt über einen definierten Zeitraum kontinuierlich
zudosiert werden. Dies hat den Vorteil, dass sowohl die stationäre
Radikalkonzentration, als auch die Monomerkonzentration am Reaktionsort
niedrig bleibt, was sowohl die Kettenspaltung als auch die Bildung
von Homopolymer zurückdrängt. Letzteres ist besonders
bei der Verwendung von Monomeren wichtig, die bei der vorliegenden
Reaktionstemperatur zur thermischen (Homo)polymerisation neigen.
Als Reaktor wird bevorzugt ein Rührkessel mit wandgängigem
Rühraggregat oder ein Reaktionskneter verwendet.
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Im
Fall einer kontinuierlichen Reaktionsführung wird zunächst
in einem oder mehreren Vorlagebehältern (z. B. Rührkesseln)
das feste Polymer aufgeschmolzen und anschließend kontinuierlich
in den/die Reaktionsbehälter dosiert. In einer alternativen,
ebenfalls besonders bevorzugten Ausführungsform, wird direkt
eine konditionierte Polymerschmelze aus einem Polymerisationsprozess
verwendet. In einer weiteren ebenfalls besonders bevorzugten Ausführungsform
wird das feste Polymer (z. B. in Form von Pulver, Granulat, Pellets
usw.) kontinuierlich in eine (ein- oder mehrwellige) Schneckenmaschine
oder einen Kontikneter dosiert, unter Einwirkung von Temperatur
und/oder Scherung aufgeschmolzen, und anschließend kontinuierlich
in den/die Reaktionsbehälter dosiert. Als Reaktionsbehälter
bzw. Reaktoren für die Durchführung der kontinuierlichen
Pfropfreaktion in der Schmelze kommen kontinuierliche Rührkessel,
Rührkesselkaskaden, Strömungsrohre, Strömungsrohre
mit Zwangsförderung (z. B. Schneckenmaschinen), Reaktionskneter sowie
deren beiliege Kombinationen in Frage. Werden Strömungsrohre
mit Zwangsförderung eingesetzt, so handelt es sich dabei
bevorzugt um Extruder, wobei sowohl ein-, zwei- wie auch mehrwellige Extruder
eingesetzt werden. Besonders bevorzugt werden zwei- und/oder mehrwellige
Extruder eingesetzt. Insbesondere bevorzugt zur kontinuierlichen Herstellung
der erfindungsgemäßen modifizierten Polymere in
der Schmelze ist die Verwendung einer Reaktorkombination aus Strömungsrohr,
Strömungsrohr mit Zwangsförderung und kontinuierlichem Rührkessel
in beliebiger Reihenfolge, wobei bevorzugt entweder im Strömungsrohr
mit Zwangsförderung oder im kontinuierlichen Rührkessel
auch die Entfernung von Restmonomeren und flüchtigen Neben-/Abbauprodukten
erfolgt.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung
der erfindungsgemäßen modifizierten Polyolefine
in Formmassen, als oder in Klebstoffen, in Markierungsmassen, Beschichtungsmassen,
Dichtungsbahnen, Bodenbelägen oder Dachbahnen, als Primer
oder in Primerformulierungen und/oder Haftvermittlerformulierungen und/oder
in wässrigen Dispersionen, Suspensionen und/oder Emulsionen.
Entsprechende Formmassen, Klebstoffe, Markierungsmassen, Beschichtungsmassen,
Dichtungsbahnen, Bodenbeläge oder Dachbahnen, Primer oder
Primerformulierungen, Haftvermittlerformulierungen, wässrige
Dispersionen, Suspensionen und/oder Emulsionen enthaltend die erfindungsgemäßen
Polymere sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Im
Falle von Formmassen enthalten diese das erfindungsgemäße
Polyolefin, sowie mindestens ein weiteres Polymer. In einer besonderen
bevorzugten Ausführungsform wird mindestens ein erfindungsgemäßes
modifiziertes Polyolefin als Verträglichkeitsvermittler
zusammen mit mindestens zwei weiteren Polymeren eingesetzt, wobei
der Anteil der erfindungsgemäßen modifizierten
Polyolefine an der Formmassen maximal 50 ma-%, bevorzugt maximal 40
ma-%, besonders bevorzugt maximal 30 ma-% und insbesondere bevorzugt
maximal 25 ma-% beträgt.
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Die
weiteren Bestandteile der erfindungsgemäßen Formmassen
können insbesondere andere Polymere umfassen, wobei es
sich bei diesen anderen Polymeren um ein oder mehrere Ethylenpolymerisate,
und/oder isotaktische Propylenpolymerisate und/oder syndiotaktische
Propylenpolymerisate und/oder isotaktische Poly-1-buten-Polymerisate und/oder
syndiotaktische Poly-1-buten-Polymerisate handeln kann.
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Hierbei
besteht insbesondere bevorzugt zwischen den enthaltenen erfindungsgemäßen
Polymeren und den zusätzlich enthaltenen Polymeren ein
signifikanter Unterschied in der Schmelzviskosität, gemessen
durch Oszillationsrheometrie bei 190°C, wobei die zusätzlich
enthaltenen Polymere eine mindestens doppelt so hohe Schmelzviskosität
wie die erfindungsgemäßen Polymere, bevorzugt
eine mindestens 3 mal so hohe, besonders bevorzugt eine mindestens
4 mal so hohe und insbesondere bevorzugt eine mindestens 5 mal so
hohe Schmelzviskosität aufweisen.
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Die
genannten Formmassen können zur Herstellung von Fertigteilen
(z. B. durch Spitzguss) oder zur Herstellung von Filmen und/oder
Folien verwendet werden.
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Vorzugsweise
werden die erfindungsgemäßen modifizierten Polymere
als oder in Klebstoffen eingesetzt, insbesondere bevorzugt in Klebstoffformulierungen.
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In
den erfindungsgemäßen Klebstoffformulierungen
können neben den erfindungsgemäßen Polymeren
weitere Bestandteile enthalten sein. Bei den weiteren Bestandteilen
kann es sich insbesondere bei Lösungsformulierungen um
cyclische und/oder lineare aliphatische und/oder aromatische Kohlenwasserstoffe
handeln, auch um entsprechende halogenierte Kohlenwasserstoffe.
Hierbei erweist sich die gute Löslichkeit der erfindungsgemäßen
Polymere in unterschiedlichen Lösungsmitteln wie z. B.
Xylol und Tetrahydrofuran als besonders vorteilhaft. Es ist somit
nicht notwendig, halogenierte Lösungsmittel zu wählen,
um eine Lösungsformulierung herstellen zu können.
Vorzugsweise werden daher keine halogenierten Kohlenwasserstoffe
verwendet. In den bei Raumtemperatur flüssigen Klebstoffformulierungen haben
die genannten Kohlenwasserstoffe einen Formulierungsanteil von maximal
90 ma-% bevorzugt maximal 80 ma-%, besonders bevorzugt maximal 75 ma-%,
und insbesondere bevorzugt von maximal 50 ma-%.
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Ganz
besonders bevorzugt handelt es sich bei der erfindungsgemäßen
Klebstoffformulierung um eine Heißschmelzklebstoffformulierung,
die für alle dem Fachmann bekannten Arten von Verklebungen
eingesetzt werden können.
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Die
erfindungsgemäße Heißschmelzklebstoffformulierung
kann weitere Bestandteile enthalten, die zur Erzielung spezieller
Eigenschaften wie z. B. Verformungsfähigkeit, Haftungsvermögen,
Verarbeitungsfähigkeit, (Schmelz- bzw. Lösungs-)Viskosität,
Festigkeit, Kristallisationsgeschwindigkeit, Klebrigkeit, Lagerstabilität
usw. notwendig sind. Der Anteil der weiteren Bestandteile liegt
in einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
insbesondere bevorzugt bei maximal 10 ma-%. Dies hat den Vorteil,
dass die Materialeigenschaften der Klebstoffformulierung im Wesentlichen
die des verwendeten erfindungsgemäßen Polymers
sind. Eine solche Klebstoffformulierung lässt sich mit
sehr geringem Aufwand herstellen.
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Alternativ
kann in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung der Anteil der weiteren Bestandteile > 10 ma-% betragen. In diesem Falle machen
die weiteren Bestandteile maximal 80 ma-% der Gesamtformulierung,
bevorzugt maximal 60 ma-%, besonders bevorzugt maximal 50 ma-%,
insbesondere bevorzugt maximal 40 ma-% aus.
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Bei
den weiteren Bestandteilen kann es sich um anorganische und/oder
organische Füllstoffe, die wahlweise elektrisch leitfähig
oder isolierend sein können, anorganische und/oder organische
Pigmente, die wahlweise elektrisch leitfähig oder isolierend sein
können, synthetische und/oder natürliche Harze, insbesondere
Klebharze, synthetische und/oder natürliche Öle,
anorganische und/oder organische, synthetische und/oder natürliche
Polymere, die wahlweise elektrisch leitfähig oder isolierend
sein können, anorganische und/oder organische, synthetische und/oder
natürliche Fasern, die wahlweise elektrisch leitfähig
oder isolierend sein können, anorganische und/oder organische
Stabilisatoren, anorganische und/oder organische Flammschutzmittel
handeln.
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Insbesondere
umfassen die weiteren Bestandteile Harze, wobei die Harze eingesetzt
werden, um bestimmte Eigenschaften der Klebschicht, insbesondere
die Klebrigkeit und/oder Haftung, das Fließ- und Kriechverhalten
der Klebschicht und/oder die Klebstoffviskosität an besondere
Anforderungen anzupassen. Es kann sich dabei um Naturharze und/oder
Kunstharze handeln. Im Falle von Naturharzen enthalten diese Naturharze
als Hauptbestandteil Abietinsäure (z. B. Kollophonium).
Weiterhin kann es sich bei den Harzen um Terpen- bzw. Polyterpenharze,
Petroleumharze und/oder Kumaron-Inden-Harze handeln, wobei es sich
insbesondere um sogenannte C5-Harze und/oder
C9-Harze und/oder um Mischpolymerisate aus
C5-/C9-Harzen handelt.
Der Anteil der Harze in der erfindungsgemäßen
Heißschmelzklebstoffformulierung beträgt insbesondere
maximal 45 ma-%, bevorzugt zwischen 1 und 40 ma-%, besonders bevorzugt
zwischen 2 und 30 ma-% und insbesondere bevorzugt zwischen 3 und
20 ma-%, bezogen auf die Gesamtformulierung.
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Weiterhin
können in den erfindungsgemäßen Heißschmelzklebstoffformulierungen
klassische amorphe Poly(α-Olefine) (sog. APAOs) als weitere Bestandteile
enthalten sein. Bei den genannten amorphen Poly(α-Olefinen)
kann es sich um Homo-/Co- und/oder Terpolymere aus Ethylen, Propylen,
1-Buten bzw. linearen und/oder verzweigten 1-Olefinen mit 5-20 Kohlenstoffatomen
handeln, welche z. B. durch klassische Ziegler-Natta-Katalyse oder
Metallocenkatalyse erhältlich sind. Der Anteil der amorphen
Poly(α-Olefine) liegt insbesondere bei maximal 50 ma-%
bevorzugt bei maximal 40 ma-% und besonders bevorzugt bei maximal
30 ma-%, bezogen auf die Gesamtformulierung. Vorzugsweise handelt
es sich bei den weiteren Bestandteilen um kristalline beziehungsweise
teilkristalline Polyolefine, die insbesondere isotaktisches Polypropylen,
syndiotaktisches Polypropylen, Polyethylen (HDPE, LDPE und/oder
LLDPE), isotaktisches Poly(1-buten), syndiotaktisches Poly(1-buten)
deren Copolymere und/oder deren Copolymere mit linearen und/oder verzweigten
1-Olefinen mit 5 bis 10 Kohlenstoffatomen umfassen. Weiterhin ist
bevorzugt, dass es sich bei den kristallinen bzw. teilkristallinen
Polyolefinen um chemisch modifizierte Polyolefine handelt, wobei die
chemische Modifizierung insbesondere solche durch Maleinsäureanhydrid,
Itaconsäureanhydrid, Acrylsäure, Acrylate, Methacrylate,
ungesättigte Epoxyverbindungen, Silanacrylate, Silane und
Hydroxyalkylsilane umfasst.
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Weiterhin
können die weiteren Bestandteile Polymere mit polaren Gruppen
umfassen. Polymere mit polaren Gruppen umfassen Polystyrolcopolymere (z.
B. mit Maleinsäureanhydrid, Acrylnitril usw.), Polyacrylate,
Polymethacrylate, (Co)polyester, Polyurethane, (Co)polyamide, Polyetherketone,
Polyacrylsäure, Polycarbonate sowie chemisch modifizierte Polyolefine
(wie z. B. Poly(propylen-graft-maleinsäureanhydrid) oder
Poly(propylen-graft-alkoxyvinylsilan).
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Weiterhin
können die weiteren Bestandteile Homo- und/oder Copolymere
auf Basis von Ethylen, Propylen, Acrylnitril, Butadien, Styrol und/oder
Isopren umfassen, insbesondere handelt es sich bei diesen Polymeren
um Blockcopolymere, insbesondere um Kautschuke wie z. B. Beispiel
Natur- und Synthesekautschuk, Poly(butadien), Poly(isopren), Styrol-Butadien-Kautschuk
und Nitrilkautschuk. Der Anteil der Polymere auf Basis von Butadien,
Styrol, und/oder Isopren beträgt maximal 20 ma-%, bevorzugt
1–15 ma-%, besonders bevorzugt 1,5–10 ma-% und
insbesondere 2–9 ma-%, bezogen auf die Heißschmelzklebstoffformulierungen.
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Weiterhin
können die weiteren Bestandteile elastomere Polymere auf
Basis von Ethylen, Propylen, einem Dien und/oder cis,cis-1,5-Cyclooctadien, exo-Dicyclopentadien,
endo-Dicyclopentadien und 1,4-Hexadien und 5-Ethyliden-2-norbornen
umfassen, insbesondere handelt es sich hierbei um Ethylen-Propylen-Rubber,
EPM (doppelbindungsfrei, Ethylengehalt 40–75 ma-%) und/oder
EPDM. Der Anteil der Polymere auf Basis von Ethylen, Propylen, einem
Dien und/oder cis,cis-1,5-Cyclooctadien, exo-Dicyclopentadien, endo-Dicyclopentadien, 1,4-Hexadien
und 5-Ethyliden-2-norbornen beträgt üblicherweise
maximal 20 ma-%, bevorzugt 1–15 ma-%, besonders bevorzugt
1,5–10 ma-% und insbesondere 2–9 ma-%, bezogen
auf die Heißschmelzklebstoffformulierungen.
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Alternativ
können die weiteren Bestandteile Wachse umfassen, insbesondere
modifizierte und unmodifizierte Wachse, wobei es sich bei diesen
vorzugsweise um kristalline, teilkristalline und/oder amorphe Polyolefinwachse
auf Basis von Polyethylen, Polypropylen und/oder Poly(1-buten),
Paraffinwachse, Metallocenwachse, Mikrowachse, Polyamidwachse, Polytetrafluorethylenwachse
und/oder Fischer-Tropsch-Wachse handelt. Der Anteil der Wachse beträgt
maximal 50 ma-%, bevorzugt 1–40 ma-%, besonders bevorzugt
2–30 ma-% und insbesondere bevorzugt 3–20 ma-%,
bezogen auf die Heißschmelzklebstoffformulierungen.
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Weiterhin
können die weiteren Bestandteile Füllstoffe umfassen,
wobei die Füllstoffe eingesetzt werden, um spezielle Eigenschaftsprofile
der Klebschicht, wie z. B. den Temperaturanwendungsbereich, die
Festigkeit, die Schrumpfung, die elektrische Leitfähigkeit,
den Magnetismus und/oder die Wärmeleitfähigkeit
gezielt an spezifische Anforderungen anzupassen. Allgemein handelt
es sich bei den Füllstoffen um anorganische und/oder organische
Füllstoffe. Die anorganischen Füllstoffe sind
insbesondere ausgewählt aus Kieselsäuren (inkl.
hydrophobierte Kieselsäuren), Quarzmehl, Kreiden, Schwerspat,
Glaspartikeln (insbesondere sphärischen Partikeln zur Erhöhung
der Lichtreflexion), Glasfasern, Kohlefasern, Asbestpartikeln, Asbestfasern
und/oder Metallpulvern. Organische Füllstoffe sind beispielsweise
Ruß, Bitumen, vernetztes Polyethylen, vernetzte Kautschuk-
bzw. Gummimischungen synthetische Fasern wie z. B. Polyethylenfasern, Polypropylenfasern,
Polyesterfasern, Polyamidfasern, Aramidfasern, Saranfasern, MP-Fasern
oder Naturfasern wie Stroh, Wolle, Baumwolle, Seide, Flachs, Hanf,
Jute, und/oder Sisal. Der Anteil der Füllstoffe beträgt
maximal 80 ma-%, bevorzugt 1–60 ma-%, besonders bevorzugt
5–40 ma-% und insbesondere bevorzugt 7–30 ma-%,
bezogen auf die Heißschmelzklebstoffformulierungen.
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Ebenfalls
können die weiteren Bestandteile Stabilisatoren umfassen,
wobei diese eingesetzt werden, um die Klebstoffformulierung vor
externen Einflüssen wie z. B. dem Einfluss von (Verarbeitungs-)Wärme,
Scherbeanspruchung, Sonneneinstrahlung, Luftfeuchtigkeit und Sauerstoff
zu schützen. Geeignete Stabilisatoren sind beispielsweise gehinderte
Amine (HALS-Stabilisatoren), gehinderte Phenole, Phosphite und/oder
aromatische Amine. In den genannten Formulierungen beträgt
der Anteil der Stabilisatoren maximal 3 ma-%, bevorzugt zwischen 0,05
und 2,5 ma-% und insbesondere bevorzugt zwischen 0,1 und 2 ma-%,
bezogen auf die Heißschmelzklebstoffformulierungen.
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Darüber
hinaus können die weiteren Bestandteile ein oder mehrere Öle
umfassen, wobei es sich um natürliche und/oder synthetische öle
handeln kann. Diese ein oder mehreren öle haben vorzugsweise
bei der Verarbeitungstemperatur eine Viskosität von 1 bis
1000 mPa·s, bevorzugt von 2–750 mPa·s,
am meisten bevorzugt von 3–500 mPa·s. Geeignete öle
sind beispielsweise Mineralöle, (medizinische) Weißöle,
Isobutenöle, Butadienöle, hydrierte Butadienöle
und/oder Paraffinöle. Der Anteil der ein oder mehreren öle
beträgt maximal 50 ma-%, bevorzugt 1–45 ma-%,
besonders bevorzugt 3–40 ma-% und insbesondere 5–38
ma-%, bezogen auf die Heißschmelzklebstoffformulierungen.
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Weiterhin
können in den Heißschmelzklebstoffformulierungen
anorganische und/oder organische Pigmente, UV-aktive Substanzen,
organische und/oder anorganische Nukleierungsmittel, die die Kristallisation
der Polymere beschleunigen und damit die offene Zeit der Verklebung
reduzieren, enthalten sein.
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In
einer weiter bevorzugten Form der erfindungsgemäßen
Heißschmelzklebstoffformulierungen handelt es sich bei
den vorab beschriebenen Formulierungen um Multiphasenblends.
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Die
erfindungsgemäßen Heißschmelzkebstoffformulierungen
können insbesondere mittels Sprühauftrag, als
Raupe(n) und/oder durch Rakeln auf die zu verklebende Oberfläche
aufgebracht werden.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Verklebungen
enthaltend ein oder mehrere Polymere der vorliegenden Erfindung.
Insbesondere handelt es sich bei den Verklebungen um Verpackungsverklebungen,
Verklebungen von Hygieneartikeln, Holzverklebungen, Verklebungen
von Glasoberflächen, Etikettverklebungen Laminierungsverklebungen,
Teppich- oder Kunstrasenverklebungen, Schuhverklebungen, druckempfindliche
Verklebungen, Buchverklebungen oder Textilverklebungen.
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Im
Falle von Verpackungsverklebungen können die Verpackungsmaterialien
die Werkstoffe Holz, Pappe, Papier, Kunststoff, Metall, Keramik,
Glas, Kunst- und/oder Naturfasern und/oder Textilen umfassen. Bei
den Verpackungsmaterialien handelt es sich vorzugsweise um unpolare
Kunststoffe, insbesondere um Polyethylen, Polypropylen, Poly(1-buten)
oder ihre Copolymere mit linearen und/oder verzweigten C2-20 1-Olefinen, beispielsweise unvernetztes
Polyethylen wie z. B. LDPE, LLDPE und/oder HDPE, und/oder um (z.
B. silan-)vernetztes Polyolefin, insbesondere um silanvemetzes Polyethylen.
Weiterhin kann es sich bei den unpolaren Kunststoffen insbesondere
um Polystyrol-, Polybutadien-, Polyisopren-Homo- und/oder Copolymere,
und/oder ihre Copolymere mit linearen und/oder verzweigten C2-20 1-Olefinen bzw. Dienen, wie z. B. EPDM,
EPM oder EPR, und/oder Synthese- bzw. Naturkautschuk handeln.
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Im
Falle von polaren Kunststoffen handelt es sich insbesondere um Polyacrylate,
insbesondere Polyalkylmethacrylate, um Polyvinylacetat, um Polyester
und/oder Copolyester, insbesondere um Polyethylentherephthalat und/oder
Polybuthylenterephthalat, um Polyamide und/oder Copolymamide, um Acrylnitrilcopolymere,
insbesondere um Acylnitril/Butadien/Styrol-Copolymere und/oder Styrol/Acrylnitril-Copolymere,
um Maleinsäureanhydridcopolymere, insbesondere um S/MSA-Copolymere
und/oder MSA-gepfropfte Polyolefine wie z. B. Polypropylen und/oder
Polyethylen, um Polyvinylchlorid und/oder um Polycarbonate. Generell
können die Verpackungsmaterialien als Schachtel, Box, Container, Blatt,
Scheibe, Film und/oder Folie vorliegen. Beispielsweise können
entsprechende Kunststofffolien über Extrusion, Kalander,
Blasformen, Gießtechnik, Lösungsziehen, Tiefziehen
oder einer Kombination aus mehreren dieser Techniken hergestellt
werden. Beispielsweise handelt es sich bei den Kunststofffolien
um Einschichtfolien, die orientiert oder nicht orientiert sind.
Im Falle einer Orientierung der Einschichtfolie kann eine ein-,
zwei- oder multiachsiale Orientierung vorliegen, wobei die Orientierungsachsen
in beliebigem Winkel zur Folien-Abzugsrichtung stehen können.
Alternativ kann es sich bei den Kunststofffolien um Mehrschichtfolien
handeln, wobei die Folienschichten sowohl aus dem gleichen wie auch
aus unterschiedlichem Material gefertigt sein können. Die Mehrschichtfolien
können orientiert oder nicht orientiert sein. Im Falle
einer Orientierung der Mehrschichtkunststofffolien kann eine ein-,
zwei- oder multiachsiale Orientierung vorliegen, wobei die Orientierungsachsen
in beliebigem Winkel zur Folien-Abzugsrichtung stehen können.
In einer besonderen Ausführungsform handelt es sich bei
der Mehrschichtkunststofffolie um eine Verbundfolie. Bei der Verklebung
von Verbundfolien können eine oder mehrere der Folienschichten
aus Verbundmaterial bestehen, wobei die Verbundmaterialien in kontinuierlicher
Form (z. B. Papier, Aluminiumfilm o. ä.) und/oder diskontinuierlicher
Form (z. B. Partikel und/oder Fasern) vorliegen können.
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Insbesondere
sind bei der Verklebung von Kunststoff-Verpackungsmaterialien gemäß der
vorliegenden Erfindung in der Regel keine chemischen und/oder energetischen
Vorbehandlungen der Kunststoffoberflächen (z. B. Plasma,
Coronabehandlung, Ätzung, Sulfonierung usw.) für
die Erzielung einer Haftung notwendig.
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Im
Falle von Verklebungen von Holz-Verpackungsmaterialien kann es sich
bei der Holzverpackung um massives Echtholz, um Echtholzlaminate, um
Kunststofflaminate, um MDF-Platten und/oder ähnliche holzartige
Stoffe handeln. Dabei können sowohl harz- beziehungsweise ölarme
Hölzer wie z. B. Buche, Eiche usw., aber auch harz- beziehungsweise ölreiche
Hölzer wie Teak, Kiefer usw. verwendet werden.
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Bei
den genannten Verpackungsverklebungen weist vorzugsweise mindestens
eines der enthaltenen erfindungsgemäßen Polymere
eine offene Zeit von kleiner 30 Sekunden auf.
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Bei
den Verklebungen von Hygieneartikeln gibt es grundsätzlich
keine Einschränkungen, beispielsweise kann es sich hier
um Windeln, Binden usw. handeln. Im Regelfall wird durch die erfindungsgemäße
Verklebung eine mehrschichtige Struktur aufgebaut, die unterschiedliche
Materialien wie z. B. Polymerfolien und Nonwoven umfasst. Darüber
hinaus können feuchtigkeitsabsorbierende Substanzen, wie
z. B. Polyacrylsäurepartikel, in der Verklebung enthalten
sein.
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Ein
weiteres Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen
Verklebungen sind strukturelle Holzverklebungen, insbesondere Kantenumleimungen und/oder
Dekorpapierummantelungen und/oder Dekorfolienlaminierungen und/oder
Montageverklebungen.
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Ein
weiteres wesentliches Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen
Verklebungen sind Verklebungen unter Beteiligung einer Glasoberfläche. Dabei
kann die Verklebung feuchtigkeitsabsorbierende Substanzen wie z.
B. Kieselgel, Polyacrylsäurepartikel usw. enthalten. Vorzugsweise
handelt es sich hierbei um einen Mehrscheibenisolierglasverbund. Hierzu
eignen sich alle dem Fachmann bekannten Arten von Mehrscheibenisolierglasverbunden,
unabhängig vom einzelnen Aufbau, beispielsweise mit oder
ohne weiteren Abstandshalter.
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Weiterhin
kann bei erfindungsgemäßen Verklebungen unter
Beteiligung einer Glasoberfläche eine Laminierung durchgeführt
werden.
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Darüber
hinaus kann es sich bei der Glasoberfläche um die Oberfläche
von Glasfasern handeln, beispielsweise die Oberfläche eines
Glasfaserkabels, wie es z. B. für Daten- und/oder Telefonleitungen
verwendet wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
handelt es sich bei dem zu verklebenden Gegenstand um ein Etikett.
Das Etikett kann hierbei aus einer Papier-, Kunststoff-, Metall- und/oder
Mehrschichtfolie bestehen und insbesondere für die Kennzeichnung
von lackierten, beschichteten, eloxierten und/oder auf anderer Weise
oberflächenbehandelten Metall- insbesondere Weißblechdosen
sowie Glas- oder Kunststoff(insbesondere PET-)-Flaschen verwendet
werden. Insbesondere kann es sich bei dem Klebstoff für
Etikettenverklebungen um einen sogenannten „druckempfindlichen” Klebstoff
(PSA) handeln.
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In
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
handelt es sich bei den Verklebungen um eine Laminierung, wobei
es sich bei der zu laminierenden Oberfläche um die Oberfläche
einer anorganischen und/oder organischen Substanz handeln kann,
vorzugsweise aus Metallen (z. B. Stahl, Aluminium, Messing, Kupfer,
Zinn, Zink, Email), aus Glas, aus Keramiken und/oder anorganischen
Baustoffen, wie z. B. offen- oder geschlossenporigen Beton. Darüber
hinaus kann es sich bei der Oberfläche um Holz, Papier,
Pappe und/oder Kunststoffe handeln. Die Oberfläche kann
selbst ein Verbundwerkstoff aus anorganischen und organischen Materialien
(z. B. Glasfaserverbundwerkstoffe) sein. Dabei kann das gegenkaschierte
Laminiermaterial anorganischer und/oder organischer Natur sein.
Beispiele gegenkaschierter anorganischer Laminiermaterialien sind
ultradünne Glasscheiben, Keramikmembranen und/oder Metallfolien
(z. B. Aluminiumfolie). Entsprechende Beispiele gegenkaschierter
organischer Laminiermaterialien sind Papier, Pappe, Holzfurnier,
Kunststoffe, natürliche und/oder synthetische Textilien,
Nonwoven, Kunstleder und/oder Naturleder.
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Selbstverständlich
kann es sich bei den erfindungsgemäßen Verklebungen
auch um eine Verklebung im Kfz-Innenraum (z. B. Sichtblenden, Dachhimmel
usw.) handeln.
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In
einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung handelt es sich um Verklebungen zur Herstellung von Teppichen und/oder
Kunstrasen. Insbesondere wird die Verklebung zur Noppen- und Filamenteinbindung
eingesetzt. Dabei kann es sich bei den einzubindenden Fasern bzw.
Faserverbunden um natürliche und/oder synthetische Fasern
handeln. Beispiele natürlicher Fasern bzw. Faserverbunde
sind Wolle, Baumwolle, Sisal, Jute, Stroh, Hanf, Flachs, Seide und/oder
Mischungen aus diesen Fasern.
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Beispiele
einzubindender synthetischer Fasern bzw. Faserverbunde sind (Co)Polyamidfasern, Polyethylenfasern,
Co(polyesterfasern), Polypropylenfasern und/oder Mischungen aus
diesen Fasern. Im Falle von Kunstrasenverklebungen sind die durch die
Verklebung eingebundenen Filamente ausgewählt aus Polypropylenfilamenten,
Polyethylenfilamenten, Polyamidfilamenten, Polyesterfilamenten oder
Mischfilamenten der aufgeführten Kunststoffe.
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Vorzugsweise
wird die Verklebung zur Teppichrückenbeschichtung eingesetzt.
Darüber hinaus kann zusätzlich ein textiles Substrat
gegenlaminiert werden. Bei den erhaltenen Teppichelementen handelt
es sich beispielsweise um sogenannte Meterware, um Teppichfliesen
oder um einen nachträglich verformbaren Autoteppich. In
den genannten Anwendungen zur Noppen- und Filamenteinbindung weist das
enthaltene erfindungsgemäße Polyolefin eine Schmelzviskosität
bei 190°C von maximal 10000 mPa·s, bevorzugt von
500 bis 8000 mPa·s, besonders bevorzugt von 600 bis 6000
mPa·s und insbesondere bevorzugt von 750 bis 4000 mPa·s
auf. Der Anteil der erfindungsgemäßen Polyolefine
liegt insbesondere bei 60–98 ma-%. Das Auftragsgewicht beträgt
insbesondere 20–1500 g/m2. Weitere
Beispiele liegen im fachmännischen Können eines Fachmanns.
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Weiterhin
kann es sich bei den erfindungsgemäßen Verklebungen
um Schuhverklebungen handeln, die beispielsweise im Bereich der
Sportschuhe und/oder zur Herstellung von sog. Spaltleder eingesetzt
werden können.
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Ebenfalls
erfindungsgemäße Verklebungen sind sogenannte „druckempfindliche
Verklebungen” (PSA). Hierbei ist es vorteilhaft, wenn mindestens
eines der enthaltenen erfindungsgemäßen Polymere und/oder
Formulierungsbestandteile einen „kalten Fluss” (das
heißt einen Schmelzpunkt unterhalb der Raumtemperatur)
aufweist. Formulierungsbestandteile mit kaltem Fluss sind beispielsweise
Poly(1-hexen), Poly(1-octen), Poly(1-hexen-co-1-octen), Polyacrylate
usw.
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Im
Falle von Buchverklebungen handelt es sich in der Regel um eine
Verklebung die beim Vorgang des Buchbindens vorgenommen wird.
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Bei
Textilverklebungen können mehrere textile Schichten punktuell
oder flächig miteinander verbunden werden, wobei zu verklebenden
Textilelemente natürliche oder synthetische Materialien
umfassen können. Insbesondere handelt es sich bei den natürlichen
Textilelementen um Wolle, Rosshaar, Baumwolle, Leinengewebe, Hanf,
Jute, Sisal, Flachs, Stroh und/oder Leder. Bevorzugte synthetische
Textilelemente enthalten als Bestandteile Polypropylen, Polyethylen,
(Co)polyamide, (Co)polyester, Nylon, Perlon und/oder Keflar®. Insbesondere kann es sich bei
einem oder mehreren der zu verklebenden Elemente um eine Einlage
handeln. In einer besonderen Ausführungsform wird die erfindungsgemäße
Klebstoffformulierung in Form eines Pulvers zwischen die zu verklebenden
textilen Schichten eingebracht und durch thermische Energie (z.
B. mit Hilfe einer Bügelpresse) aktiviert.
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In
einer ebenfalls erfindungsgemäßen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung können die erfindungsgemäßen
Polymere in Markierungsmassen, Beschichtungsmassen, Dichtungsbahnen
oder Dachbahnen eingesetzt werden.
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Die
erfindungsgemäßen Markierungsmassen können
die bereits bei der Beschreibung der Formmassen bzw. Klebstoffformulierungen
genannten weiteren Bestandteile enthalten. Beispielsweise können
die erfindungsgemäßen Markierungsmassen als Straßenmarkierungsmassen
eingesetzt werden.
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Im
Falle von Beschichtungsmassen kann es sich beispielsweise um eine
Beschichtungsmasse zur Pappe- bzw. Papierbeschichtung handeln.
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Weiterhin
eignen sich die erfindungsgemäßen Polymere zur
Verwendung in Dichtungsbahnen. Neben den erfindungsgemäßen
Polymeren können in den Dichtungsbahnen weitere Bestandteile
enthalten sein, insbesondere handelt es sich bei den weiteren Bestandteilen
um andere Polymere, Füllstoffe und Bitumen. Im Falle der
Dichtungsbahnen liegt der Anteil der erfindungsgemäßen
Polymere bei maximal 30 ma-%, bevorzugt bei maximal 27 ma-%, besonders
bevorzugt bei maximal 25 ma-% und insbesondere bevorzugt bei maximal
22 ma-%, bezogen auf die Dichtungsbahn. Insbesondere handelt es
sich bei den Dichtungsbahnen um Dachbahnen. Im Falle der Dachbahnen
hat mindestens eines der erfindungsgemäßen Polymere
eine Glasübergangstemperatur von maximal –10°C,
bevorzugt von maximal –15°C, besonders bevorzugt
von maximal –18°C und insbesondere bevorzugt von
maximal –20°C.
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Weiterhin
eignen sich die erfindungsgemäßen Polymere zur
Verwendung als Primer, Haftvermittler bzw. in Primerformulierungen
und/oder in Haftvermittlerformulierungen, wobei insbesondere das
Fehlen halogenierter organischer Bestandteile von Vorteil ist. Insbesondere
werden Primer- und Haftvermittlungsformulierungen, welche die erfindungsgemäßen
Polymere enthalten eingesetzt, um eine Haftung von organischen Beschichtungen und/oder
Klebstoffen auf unbehandelten Polyolefinoberflächen, insbesondere
auf unbehandeltem Polypropylen zu erzielen. In einem speziellen
Fall werden die Primer- und/oder Haftvermittlerformulierungen als
Grundierung auf Polypropylenformteilen wie z. B. Kfz-Stoßfängern
und/oder Verkleidungsteilen aufgebracht, um eine bessere Haftung
der anschließenden Lackierung zu erzielen.
-
Weiterhin
eignen sich die erfindungsgemäßen Polymere zur
Verwendung in wässrigen Dispersionen, Suspensionen und/oder
Emulsionen. Neben den erfindungsgemäßen Polymeren
können in den Dispersionen, Suspensionen und/oder Emulsionen oberflächenaktive
Substanzen (z. B. anorganische und/oder organische Tenside ionischer
und/oder nichtionischer Natur) sowie weitere Polymere, insbesondere
solche mit polaren Monomereinheiten (wie z. B. Poly(propylen-graft-maleinsäureanhydrid)
enthalten sein. Bevorzugt erfolgt die Herstellung der wässrigen
Dispersionen, Suspensionen und/oder Emulsionen unter Verwendung
einer Lösung der erfindungsgemäßen Polymere,
insbesondere in Tetrahydrofuran oder Xylol. Auch eine Herstellung
unter Verwendung einer Schmelze der erfindungsgemäßen
Polymere ist möglich, wobei in diesem Fall bevorzugt Polymere
mit einer Schmelz-/Erweichungstemperatur von < 100°C, insbesondere bevorzugt von < 90°C eingesetzt
werden.
-
In
den genannten wässrigen Dispersionen, Suspensionen und/oder
Emulsionen beträgt der Anteil der erfindungsgemäßen
Polyolefine mehr als 10 ma-% bezogen auf die Gesamtformulierung.
-
Auch
ohne weitere Ausführungen wird davon ausgegangen, dass
ein Fachmann die obige Beschreibung im weitesten Umfang nutzen kann.
Die bevorzugten Ausführungsformen und Beispiele sind deswegen
lediglich als beschreibende, keinesfalls als in irgendeiner Weise
limitierende Offenbarung aufzufassen. Nachfolgend wird die vorliegende
Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.
Alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind
in analoger Weise erhältlich.
-
Beispiele:
-
Analytik:
-
a) Hochtemperatur-13C-NMR
-
Die
Polymerzusammensetzung wird über Hochtemperatur-13C-NMR bestimmt. Die 13C-NMR-Spektroskopie
von Polymeren ist beispielsweise in folgenden Publikationen beschrieben:
-
- [1] S. Berger, S. Braun, H.-O. Kalinowski, 13C-NMR-Spektroskopie,
Georg Thieme Verlag Stuttgart 1985
- [2] A. E. Tonelli, NMR Spectroscopy and Polymer Microstructure,
Verlag Chemie Weinheim 1989
- [3] J. L. Koenig, Spectroscopy of Polymers, ACS Professional
Reference Books, Washington 1992
-
[4] J. C. Randall, Polymer Sequence Determination, Academic
Press, New York 1977
- [5] A. Zambelli et al: Macromolecules, 8, 687 (1975)
- [6] A. Filho, G. Galland: J. Appl. Polym. Sci., 80,
1880 (2001)
-
b) Hochtemperatur-GPC
-
Die
Bestimmung des Molekulargewichts erfolgt über Hochtemperatur-GPC.
Die Bestimmung wird gemäß ASTM D6474-99 durchgeführt,
jedoch bei einer höheren Temperatur (160°C statt
140°C) sowie einem geringeren Injektionsvolumen von 150 μl
statt 300 μl. Als weitere Literatur zur GPC-Analyse von
Polymeren sei angeführt:
-
- H. G. Elias: „Makromoleküle";
Bd. 2; Wiley-VCH; Weinheim 2001;
- Z. Grubisic, P. Rempp, H. Benoit; Polym. Lett.; 5; 753 (1967);
- K. A. Boni, F. A. Sliemers, P. B. Stickney; J. Polym. Sci.;
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- D. Goedhart, A. Opschoor; J. Polym. Sci.; A2; 8; 1227 (1970);
- A. Rudin, H. L. W. Hoegy; J. Polym. Sci.; A1; 10; 217 (1972);
- G. Samay, M. Kubin, J. Podesva; Angew. Makromol. Chem.;
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- B. Ivan, Z. Laszlo-Hedvig, T. Kelen, F. Tüdos;
Polym. Bull.; 8; 311 (1982);
- K.-Q. Wang, S.-Y. Zhang, J. Xu, Y. Li, H. P. Li; J.
Liqu. Chrom.; 5; 1899 (1982);
- T. G. Scholte, H. M. Schoffeleers, A. M. G. Brands;
J. Appl. Polym. Sci.; 29; 3763 (1984).
-
Als
Lösungsmittel wird Trichlorbenzol verwendet. Die Messung
erfolgt bei einer Säulentemperatur von 160°C.
Die dabei für die Auswertung der Elutionskurven verwendete
universelle Kalibrierung wird auf Basis von Polyolefin-Standards
durchgeführt. Die Ergebnisse sind nicht mit Messungen vergleichbar,
deren Kalibrierungen auf Basis von artfremden Polymeren – z.
B. auf Polystyrol-Basis – erfolgte, oder die ohne universelle
Kalibrierung erfolgt sind, da ansonsten ein unzulässiger
Vergleich unterschiedlicher dreidimensionaler Polymerstrukturen bzw.
hydrodynamischer Radien erfolgt. Auch der Vergleich mit Messungen,
die andere als das angegebene Lösungsmittel verwenden,
ist nicht zulässig, da in unterschiedlichen Lösungsmitteln
unterschiedliche dreidimensionale Polymerstrukturen bzw. hydrodynamische
Radien vorliegen können, die zu einem abweichenden Ergebnis
bei der Molekulargewichtsbestimmung führen.
-
Die
Polydispersität Pd ist als Quotient
von zahlenmittlerer und gewichtsmittlerer Molmasse definiert. Sie
ist insbesondere ein Maß für die Breite der vorliegenden
Molmassenverteilung, die wiederum Rückschlüsse
auf das vorliegende Polymerisationsverhalten zulässt. Sie
wird über Hochtemperatur-GPC bestimmt. Die Polydispersität
ist in gewissen Grenzen für eine bestimmte Katalysator-Cokatalysator-Kombination
charakteristisch. Die Polydispersität hat einen relativ
starken Einfluss auf die Klebrigkeit des Materials bei Raumtemperatur
sowie auf die Haftung.
-
Bei
der Bestimmung der Molmassen mittels Gel-Permeations-Chromatographie
(GPC) spielt der hydrodynamische Radius der in Lösung vorliegenden Polymerketten
eine besondere Rolle. Als Detektionsmechanismen werden neben Wärmeleiffähigkeits-, RI-
(Brechungsindex) bzw. UVNIS- und FTIR- oder Lichtstreuungsdetektoren
auch Viskositätsdetektoren eingesetzt. Betrachtet man die
Polymerkette als ungestörtes Knäuel, so lässt
sich die Beziehung zwischen ihrer Grenzviskositätszahl
und der Molmasse empirisch durch die sog. KMHS-Gleichung [η] = KVMV
α
beschreiben
(H.-G. Elias, Makromoleküle, Band 2, 6. Auflage,
Wiley-VCH, Weinheim 2001, S. 411–413). KV und α sind dabei Konstanten, die
sowohl von der Konstitution, Konfiguration und Molmasse des Polymeren
beeinflusst werden als auch vom Lösungsmittel und der Temperatur.
Die wesentliche Aussage des Alpha-Wertes in der vorliegenden Erfindung
ist die des hydrodynamischen Radius, dieser hängt mehr oder
weniger von den an den Polymerketten befindlichen Verzweigungsstellen
ab. Bei einer geringen Verzweigung ist der Alpha-Wert hoch, bei
einer höheren Verzweigung niedrig.
-
c) Rheologie
-
Die
Rheologischen Messungen erfolgen gemäß ASTM
D 4440-01 („Standard Test Method for Plastics:
Dynamic Mechanical Properties Melt Rheology”) unter Verwendung
eines Rheometers MCR 501 der Firma Anton Paar mit einer Platte-Platte-Geometrie
(Plattendurchmesser: 50 mm) als Oszillationsmessung. Als maximale
Probendeformation wird in allen Messungen 1% verwendet, die temperaturabhängigen
Messungen werden bei einer Messfrequenz von 1 Hz und einer Abkühlgeschwindigkeit
von 1,5 K/min durchgeführt.
-
Die
Schmelzviskosität wird durch Oszillationsrheometrie bestimmt,
wobei mit einer Schergeschwindigkeit von 1 Hz gearbeitet wird. Die
maximale Deformation der Probe wird so gewählt, dass sich
die Probe während der gesamten Messdauer im linear viskoelastischen
Bereich befindet. Viskoelastische Materialien zeichnen sich gegenüber
Hookschen Festkörpern durch die Fähigkeit aus,
aus einer Deformation resultierende Spannungen über eine
bestimmte Zeit dissipativ abzubauen (Relaxation). Im Gegensatz zu
Newtonschen Flüssigkeiten, die unter Einwirkung einer Scherung/Dehnung
einer ausschließlich irreversiblen Verformung unterliegen, können
viskoelastische Fluide einen Teil der Deformationsenergie zurückgewinnen,
nachdem die Scherkraft entfernt wurde (sog. „Memory Effekt”)
[
N. P. Cheremisinoff; "An Introduction to Polymer
Rheology and Processing"; CRC Press; London; 1993]. Ein
weiteres Kennzeichen polymerer Schmelzen ist das Auftreten einer
sogenannten Strukturviskosität. Als solche bezeichnet man
ein Verhalten, bei dem die Schubspannung als auftretende Kraft die
Ausgangsstruktur des Materials in Abhängigkeit von der
Schergeschwindigkeit abbaut. Da dieser Abbauprozess eine Mindestschergeschwindigkeit
voraussetzt, fließt das Material unterhalb dieser Schergeschwindigkeit wie
eine Newtonsche Flüssigkeit. Eine Erklärung liefert
das Prinzip von Le Chatelier, wobei das „Ausweichen” der
strukturviskosen Flüssigkeit (vor der mechanischen Beanspruchung)
in der Ausrichtung entlang der Schubflächen zur Verminderung
des Reibungswiderstandes besteht. Letzteres führt zum Abbau
der Gleichgewichtsstruktur des Anfangszustandes und zum Aufbau einer
schuborientierten Struktur, was wiederum ein erleichtertes Fließen
(Viskositätsverminderung) zur Folge hat. In Polymerschmelzen ist
der Newtonsche Bereich nur bei sehr kleinen Schergeschwindigkeiten
bzw. kleinen Scheramplituden wahrnehmbar. Seine Bestimmung ist über
rheometrische Testmethoden (Amplituden-„Sweeps”,
d. h. Messung bei fester Frequenz in Abhängigkeit von der
Scheramplitude) möglich und notwendig, wenn die Messung
im reversiblen, d. h. reproduzierbaren Bereich durchgeführt
werden soll [
R. S. Lenk; "Rheologie der Kunststoffe";
C. Hanser Verlag; München; 1971;
J. Meissner; "Rheologisches
Verhalten von Kunststoff-Schmelzen und -Lösungen" in: „Praktische
Rheologie der Kunststoffe"; VD/-Verlag; Düsseldorf;
1978;
J.-F. Jansson; Proc. 8th. Int. Congr. Rheol.;
1980; Vol. 3]. Die Schwingungsrheometrie ist auf Grund
ihrer geringen Krafteinwirkung, ihrer geringen Deformation und der
somit geringen Auswirkung auf die Probenmorphologie besonders gut
zur Untersuchung von Materialien geeignet, die ein strukturviskoses
Verhalten zeigen.
-
d) Nadelpenetration
-
Die
Nadelpenetration wird gemäß DIN EN 1426 bestimmt.
-
e) DSC
-
Die
Bestimmung der Schmelzenthalpie, der Glasübergangstemperatur
und des Schmelzbereichs des kristallinen Anteils erfolgt über
Differentialkalorimetrie (DSC) gemäß DIN
53 765 aus der 2. Aufheizkurve bei einer Heizrate von 10
K/min. Der Wendepunkt der Wärmestromkurve wird als Glasübergangstemperatur
ausgewertet.
-
f) Xylollöslichkeit
-
Es
wird ein Xylol-Isomerengemisch verwendet, wobei das Polymer unter
Rückfluss gelöst und dann die Lösung
auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
-
2
g Polyolefin werden in 250 ml Xylol unter Rühren und Heizen
bis zum Siedepunkt von Xylol gelöst. Nachdem 20 min unter
Rückfluss gekocht wurde, lässt man die Polymerlösung
auf 25°C abkühlen. Ungelöstes bzw. ausgefallenes
Polyolefin wird mit abgenutscht (15 cm-Nutsche, Sartorius 390-Filterpapier)
und getrocknet. Die überbleibende Polymerlösung
wird in einem 5fachen Überschuss an Methanol (mit einem
Tropfen 37-prozentiger wässriger HCl versetzt) ausgefällt.
Der entstehende Niederschlag wird abgenutscht und bei 80°C
im Trockenschrank (Vakuum) getrocknet.
-
g) Löslichkeit in THF
-
Die
Löslichkeit in THF ist ein Kennzeichen teilkristalliner
Polyolefine. Die Durchführung erfolgt analog zu den Lösungsversuchen
in Xylol.
-
h) Zugfestigkeit und Reißdehnung
-
Die
Bestimmung der Zugfestigkeit und Reißdehnung erfolgt nach DIN
EN ISO 527-3.
-
i) Erweichungspunkt (Ring & Kugel)
-
Die
Bestimmung des Erweichungspunktes nach der Ring- und Kugelmethode
erfolgt nach DIN EN 1427.
-
j) Klebscherfestigkeit
-
Die
Bestimmung der Klebscherfestigkeit erfolgt nach DIN EN 1465.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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